Uzyskać tlen na Marsie. Specyficzna zdolność łazika Perseverance

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.

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.

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.

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