Недавно марсоход Perseverance, запущенный NASA на Марс в июле прошлого года, смог добыть кислород из марсианской атмосферы. Эксперимент состоялся 20 апреля, на 59-й сол (марсианские сутки) пребывания на Марсе. Марсоходу удалось добыть около 5,37 грамм кислорода, чего хватило бы среднему астронавту, чтобы дышать до 10 минут. Но как это сделали, а, главное, для чего роботу производить кислород?
Как можно добыть кислород на Марсе?
На борту марсохода Perseverance установлено экспериментальное устройство размером с тостер — аппарат MOXIE (Mars Oxygen ISRU Experiment). Он производит кислород из углекислого газа, которого на Марсе предостаточно, ведь атмосфера планеты на 96% состоит из него и всего лишь на 0,13% из кислорода. MOXIE собирает атмосферный углекислый газ, который состоит из одного атома углерода и двух атомов кислорода (СО2), а затем отделяет от него один атом кислорода. Полученный таким образом кислород накапливается в приборе, а угарный газ, состоящий из одного углерода и одного кислорода (СО) выпускается обратно в атмосферу.
Система поглощения и сжатия CO2 (CAC) втягивает газ марсианской атмосферы через фильтр и сжимает его до давления ~ 1 атмосферы. Затем СО2, который находится под давлением, подаётся в твёрдый оксидный электролизёр (SOXE), где он электрохимически расщепляется: 2CO2 → 2CO + O2. Инертные газы, такие как азот и аргон возвращаются обратно в атмосферу вместе с окисью углерода (CO) и неиспользованным CO2.
Реакция расщепления происходит при высоких температурах, около 800 градусов Цельсия, поэтому MOXIE изготавливается из термостойких материалов: никелевого сплава, лёгкого аэрогеля, помогающего удерживать тепло, ведь на Марсе довольно холодно, и других. По плану, в течение следующих двух лет MOXIE должен будет добывать кислород ещё девять раз.
Для чего нужен кислород на Марсе?
Казалось бы, странный вопрос, конечно же, для дыхания будущих колонистов, но это не так. Дело в том, что сгорание ракетного топлива возможно только при наличии окислителя, который производится на основе кислорода, а будущие колонизаторы Марса будут нуждаться в производстве горючего и окислителя на Марсе, чтобы совершить полёт обратно на Землю. Ведь чтобы сжечь своё топливо, ракете понадобится огромное количество окислителя, а значит и кислорода для его производства. Вывод четырёх космонавтов с поверхности Марса на орбиту потребовал бы около 7 тонн ракетного топлива и 25 тонн окислителя, основанного на кислороде. В отличие от ракет, астронавтам, которые будут жить и работать на Марсе, потребуется значительно меньше кислорода для дыхания, особенно с учётом возможности его рециркуляции.
Астронавты, которые проведут год на Марсе, смогут использовать всего одну тонну кислорода. Доставка же 25 тонн кислорода с Земли на Марс была бы очень трудной и дорогостоящей задачей, а вот транспортировка кислородного преобразователя — более мощного потомка MOXIE, массой в одну тонну, который мог бы регулярно добывать эти 25 тонн кислорода — будет гораздо практичней и экономически выгоднее. Поэтому Perseverance сейчас проверяет возможность выработки кислорода и собирает данные для создания наиболее эффективной системы производства кислорода.
Источники:
Автор: Алексей Нимчук. Редакция: Фёдор Карасенко.
