Uzyskać tlen na Marsie. Specyficzna zdolność łazika Perseverance

27 listopada 2020, 19:21
24759_PIA23491-web
Ilustracja: NASA/JPL-Caltech [mars.nasa.gov]

Kilka miesięcy temu łazik Perseverance wyruszył w jednokierunkową podróż na powierzchnię Marsa. Obok wielu narzędzi, jakie ze sobą zabrał, a o których wspominano wówczas niewiele, jest eksperymentalny instrument MOXIE. System ten może pomóc w wytyczeniu ścieżki rozwoju wydajnych przemysłowych metod pozyskiwania tlenu na Marsie.

Skład chemiczny cienkiej marsjańskiej atmosfery to przede wszystkim dwutlenek węgla - w przybliżeniu 95-96 proc. całej objętości lokalnie występującego gazu. To stwarza warunki, by potencjalnie uzyskiwać na Marsie ważny składnik materiału pędnego (utleniacz) dla startów kosmicznych z powierzchni tej planety.

Umieszczony na łaziku Perseverance system MOXIE ma wytwarzać około 6 gramów tlenu na godzinę – na początek niewiele, ale wystarczy, aby przetestować mechanizm, który w przyszłości może przynieść przemysłowe zdolności uzyskiwania utleniacza dla rakiet odpalanych z Marsa. "Ciekły tlen do utleniania paliwa rakietowego to coś, co możemy wyprodukować na miejscu, nie musimy go zabierać ze sobą na pokładzie. Jednym z pomysłów jest to, by zabrać w podróż pusty zbiornik i napełnić go na Marsie" – wskazuje Michael Hecht z Haystack Observatory MIT (Massachusetts Institute of Technology), zastępca dyrektora projektu Event Horizon Telescope, a także główny inżynier w projekcie instrumentu Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment (MOXIE).

Urządzenie MOXIE ma wielkość mniej więcej akumulatora samochodowego. Zostało zaprojektowane tak, aby w toku elektrolizy przekształcić dwutlenek węgla w tlen. NASA liczy, że to reakcja chemiczna, która w odpowiednio większej skali zapewni zdolności produkcji składników materiału pędnego. "Ludzie zazwyczaj pytają mnie, czy MOXIE jest rozwijany po to, by astronauci mieli czym oddychać na Marsie" – zdradza Michael Hecht. "Jednak rakiety potrzebują setki razy więcej tlenu niż ludzie" - uzupełnia.

Atmosfera na Marsie jest 170 razy cieńsza niż na Ziemi. "Powietrze" jest bogate w dwutlenek węgla, a niskie ciśnienie oznacza, że ​​ilości gazu wpływające do reaktywnego rdzenia MOXIE nie będą miały zbyt wielkich dawek do elaboracji. Mechanizm urządzenia wytwarza tlen jak w podobny sposób jak roślina – wciąga dwutlenek węgla i wyprowadza tlen,  poddając elektrolizie pod ciśnieniem zbliżonym do ziemskiego. Tam chemiczny katalizator działający w temperaturze 800 stopni Celsjusza "wyrywa" atom tlenu z każdej cząstki CO2. Pary atomów tlenu łączą się i tworzą dwuatomowy tlen, który wyrzucany jest razem z tlenkiem węgla.

image
Schemat działania systemu MOXIE. Ilustracja: NASA [mars.nasa.gov]

NASA obecnie skupia się na przetestowaniu rozwiązania - jeśli się sprawdzi, na Marsie mogłaby stanąć znacznie większa wersja urządzenia, która pomoże w przyszłych misjach kosmicznych. Szacuje się, że chcąc wystartować z Czerwonej Planety, astronauci potrzebują około 30-45 ton paliwa, czyli mniej więcej tyle, ile waży prom kosmiczny. Przyszłe wytwornice tlenu, które obsłużą misje ludzi na Marsie, musiałyby być zatem dziesiątki razy większe niż MOXIE.

MOXIE jest zaprojektowany do wytwarzania około 6 do 10 gramów tlenu na godzinę. To wystarczająca ilość do oddychania dla małego psa. Pełnowymiarowy, docelowy system przystosowany do produkcji paliwa, które wystarczy na powrót astronautów z Marsa, wymagałby zwiększenia produkcji tlenu o około 200 razy.

Asad Aboobaker, inżynier systemów MOXIE w Jet Propulsion Laboratory w Południowej Kalifornii

Produkcja tlenu na Marsie rozwiązałaby jedno z największych wyzwań odwlekających załogową eksplorację Marsa. Od lat 90. dyskusje na ten temat sprowadzały się zasadniczo do kilku kwestii - pierwsza dotyczyła bezpieczeństwa i tego, że powierzchnia Marsa jest groźna dla życia z powodu nieprzyjaznej atmosfery, burz piaskowych i promieniowania. Kolejna obejmowała zagadnienia inżynieryjne związane z technicznym zaprojektowaniem statków zdatnych do wylądowania na Marsie. Do rozwiązania tego problemu przybliżyły ludzkość m.in. misje dotychczasowych czterech łazików NASA, które wylądowały na nim bezpiecznie w latach 1996–2011.

image
Schemat rozlokowania instrumentu MOXIE w systemie łazika Perseverance. Ilustracja: NASA [mars.nasa.gov]
image
MOXIE na chwilę przed zamontowaniem na pokładzie łazika Perseverance. Fot. NASA/JPL-Caltech [mars.nasa.gov]

Wciąż wiele problemów przysparza jednak przedmiot określenia sposobów zapewnienia większej samowystarczalności i utrzymania się przez konieczny czas załogom umieszczonym na Marsie. To warunek niezbędny, by myśleć w ogóle o przyszłym kolonizowaniu Czerwonej Planety.

"Zaangażowanie w rozwój MOXIE pokazuje, że NASA traktuje to poważnie" – podkreśla Michael Hecht. "MOXIE nie jest jeszcze pełną odpowiedzią, ale jest jej kluczowym elementem. Jeśli projekt się powiedzie, przyszli astronauci będą mogli polegać na tej technologii, która pomoże im bezpiecznie wrócić z Marsa do domu" - podkreśla.

Opracowanie: Newseria.pl / S24


image
Reklama - z oferty Sklepu Defence24.pl

 

Space24
Space24
KomentarzeLiczba komentarzy: 7
Eytu
środa, 9 grudnia 2020, 13:13

Aby nie marnować energii można złączyć pewne procesy - ogrzewanie lodu poprzez tlen uzyskany z reakcji. Ochłodzony tlen do zbiorników gromadzących go pod ciśnieniem. Nie trzeba wiercić , a ilość wody i CO2 jest dużo większa i pozwoli na hurtową produkcję paliwa i tlenu.

Eytu
środa, 9 grudnia 2020, 14:01

PS. Niestety nie wkleiłem pierwszej częsci postu: Na Marsie są czapy lodowe. woda i zestalony dwutlenek węgla. Aby zbadac dokladny sklad dobrze byloby wyslać tam łazik aby dokonał dokładnego pomiaru składu chemicznego. Lód można ładować do specjalnie zamykanej szczelnie komory. Tam następowałoby rozdzielenie CO2 od wody- wstępnie ogrzewane zwykłą grzałką. Nie wiem w jakiej temperaturze sublimuje zestalony CO2 w tamtejszym ciśnieniu. CO2 pozbawione jednej czastki tlenu jako CO wracałoby do instalacji produkującej etanol. Tlen , poprzez wężownicę ogrzewałby lód i suchy lód i schłodzony gromadził się w zbiornikach na tlen ciśnieniowych. Tam dodatkowo byłby sprężany. Woda po zakończeniu jednego cyklu byłaby odsysana do instalacji rozdzielającej - elektrolitycznie wodór od tlenu - dodatkowy tlen. Wodór łączony z czadem ( CO) dzięki instalacji Standfordu byłby łączony z wodorem aby stworzyć C2H5OH - paliwo rakietowe. "Nadmiarowa" cząsteczka tlenu byłaby transportowana do wcześniejszego zbiornika na tlen. Problem - żeby wodór nie połączył się z tlenem, lub nie został podgrzany do temperatury samozapłonu w tamtejszym ciśnieniu - separacja poszczególnych instalacji.

Eytu
wtorek, 1 grudnia 2020, 17:51

Na Marsie jest dużo "podziemnej" wody (https://www.space24.pl/na-marsie-odnaleziono-ciekla-wode ) . Budując instalację odsalania wody , instalację do elektrolizy wody na wodór i tlen oraz korzystając z instalacji ( http://news.stanford.edu/pr/2014/pr-ethanol-without-plants-040914.html ) uzyskamy nie tylko utleniacz, ale także sprawdzone paliwo rakietowe ( etanol ) . Problemem będzie uzyskanie odpowiedniej temperatury i ciśnienia na Marsie do podtrzymania sprawnej reakcji.

sff
sobota, 28 listopada 2020, 21:30

Wcale nie potrzeba większego urządzenia, wystarczy 200x obecne.

Eytu
sobota, 28 listopada 2020, 12:52

Do obsługi przyszłej dużej fabryki tlenu przydałoby się wysłać na Marsa pierwszą "załogową" ekspedycję złożoną z 4 robotów- androidów. Robotnik, brygadzista, Kierownik i lekarz. - zielony, niebieski, czarny i biały. Do tego na początek trzeba napisać dobre programy sztucznej inteligencji. CZyli najpierw robimy na Ziemi dwa androidy - jeden szef drugi pracownik. Piszemy program dla szefa, aby po angielsku powiedział pracownikowi co ma zrobić. Pracownik słyszy dzwięk i dokonuje podziału na wyrazy i porównania ze słownikiem w "mózgu". Jeżeli znajduje się w jego bazie danych to przystępuje do wykonania zadania. Jeżeli nie zrozumiał polecenia - prosi o powtórzenie głośniej i wolniej zadania. Jeżeli wszystkie słowa po kolei zrozumiał , a nie ma tego zadania w jego "głowie" - prosi o zmianę zdania na bardziej zrozumiałe lub uproszczenie zadania tak aby mógł wykonać zadanie.;Oczywiście nie da się tak z marszu stworzyć ośrodka Wernickiego i Broki ale można spróbować stworzyć prosty "algorytm współpracy". "Lekarz" będzie zmieniał 3 androidom obwody zniszczone , wykręcał zepsute komponenty i zamieniał na zapasowe itd zamawiał na stacji orbitalnej przysłanie dodatkowych części "ciała" które się częściej psują. Ktoś powie - po co się bawić w te rzeczy wystarczy podłączyć androidy do ludzi na Ziemi ( tak jak w "Avatarze") . Nie . Sygnał biegnie kilka minut w zależności od odległości Ziemia-MArs. i ten lag jest za duży , aby skutecznie kierować tymi maszynami. Muszą mieć zadaną dużą autonomię.

klaun-szyderca
środa, 2 grudnia 2020, 12:02

Jak bedą różne klasowo androidy, w tym androidy-robotnicy, to musi byc też od razu związek zawodowy, i wtedy będzie jeszcze kilka androidów-związkowców ;)p A potem będziemy w TV oglądać transmicję z Marsa ze strajku androidów ;P Albo z rewolucji andoidalnego proletariatu ;)p A potem powstanie na Marsie komunizm androidów ;p

Eytu
środa, 2 grudnia 2020, 19:51

@klaun-szyderca Też uczę się rosyjskiego i czasem mylę c z s :)

Tweets Space24