Первые 5 грамм кислорода на Марсе: установка MOXIE на марсоходе «Настойчивость» работает23.04.2021 08:02

Об успешно проведенном эксперименте по получению кислорода из атмосферы Марса сообщило НАСА 21 апреля. Само испытание состоялось 20 апреля на 60-й день после приземления марсохода «Настойчивость». Результаты пока скромные — получено 5 грамм кислорода, которых должно хватить примерно на 10 минут дыхания астронавта.

О MOXIE

Эта экспериментальная установка представляет собой небольшой прибор, размером с аккумулятор легкового автомобиля, который располагается в правой передней части марсохода.

MOXIE (Mars OXygen In-situ Resource Utilization Experiment) состоит из трех основных узлов. Первый — это система сбора и сжатия (CAC), которая собирает марсианский воздух через пылевые фильтры и создает давление, примерно равное земному. Далее сжатый воздух, который на 95% состоит из диоксида углерода, поступает в электролизный блок (SOXE), где электрохимически расщепляется на кислород и моноксид углерода. И наконец в третьем блоке анализа состава (СМ) определяется чистота полученного кислорода, измеряется его количество и оценивается работа системы в целом. После этого он вместе с CO возвращается в марсианскую атмосферу.

Процесс подачи сжатого газа в блок SOXE должен быть тщательно откалиброван, в противном случае может начаться процесс расщепления марсианского воздуха на кислород и твердый углерод, который может вывести систему из строя. Еще один нюанс — электролиз идет при температуре около 800 градусов по Цельсию. Для работы в таких условиях теплообменники, которые охлаждают и нагревают сделаны из термостойкого никелевого сплава, а аэрогель выступает в качестве теплоизоляции.

Расщепление двуокиси углерода происходит в электролизных ячейках с твердым электролитом (в MOXIE используется оксид циркония). В результате полученный СО накапливается на катоде, а ионы кислорода объединяются в молекулы на аноде. 

Для начала первого цикла работы, MOXIE потребовалось примерно два часа прогрева, после чего он вошел в рабочий режим. После часа работы было получено 5,4 грамма кислорода.

За время исследовательской миссии марсохода Perseverance планируется еще минимум 9 циклов работы MOXIE. Прибор будет испытан при различных погодных условиях, смене времени суток и сезонов.  

Перспективы

MOXIE — один из проектов программы НАСА под названием ISRU. Она подразумевает использование, хранение и получение ресурсов на других планетах и космических телах. Соответственно их не нужно будет доставлять с Земли.

По словам главного исследователя MOXIE, Майкла Хехта, чтобы вернуть четырех астронавтов с Марса понадобится около 7 т ракетного топлива и 25 т кислорода. В то же время для дыхания такому экипажу в течение года понадобится чуть больше тонны кислорода. Поэтому одна из сложностей марсианской экспедиции — доставка кислорода с Земли для использования, в первую очередь, в качестве топлива.

Транспортировка такого груза сегодня выглядит сложной и дорогой задачей. По мнению разработчиков, гораздо выгоднее будет доставить на красную планету версию MOXIE, которая справится с генерированием кислорода в таких объемах. По расчётам прибор будет весить около тонны. 

Но для создания полномасштабной версии аппарата, необходимо учитывать некоторые нюансы. Во-первых, это колебания давления и температуры на поверхности Марса. Именно для оценки работы при разных условиях MOXIE будет запускать циклы по выработке кислорода в течение всего года. Датчики прибора будут оценивать эффективность работы и сообщать о проблемах. По словам разработчиков, MOXIE может работать в диапазоне давления от 2 до 12 мм рт. ст. (среднее значение на Марсе 4,5 мм рт. ст.)

Второй момент — это энергия. Здесь потребуется альтернатива солнечным батареям, которые на Марсе, скорее всего будут не совсем эффективны. Возможное решение — программа НАСА Kilopower, которая направлена создание ядерных реакторов для размещения на космических аппаратах, а также на Луне и Марсе. Тестовый образец был построен в 2017 году. Спустя два года, руководитель проекта Патрик Макклюр сообщил, что первый реактор для летных испытаний будет готов в 2022 году.

И третий нюанс — хранение. Сжижение кислорода сам по себе процесс энергозатратный. Плюс понадобятся емкости для его хранения. Пока решение этого вопроса остается открытым.

Несмотря на вышеперечисленные проблемы, возможно работа MOXIE — один небольшой шаг, который может приблизить нас к покорению других миров.  

Дата-центр ITSOFT — размещение и аренда серверов и стоек в двух дата-центрах в Москве. За последние годы UPTIME 100%. Размещение GPU-ферм и ASIC-майнеров, аренда GPU-серверов, лицензии связи, SSL-сертификаты, администрирование серверов и поддержка сайтов.