Новый рекорд по производству кислорода на Марсе: Perseverance удваивает свои возможности

Устройство MOXIE (Mars Oxygen In Situ Resource Utilization Experiment), установленное на марсоходе Perseverance, побило свой предыдущий рекорд, удвоив производство кислорода на Марсе, что является настоящим событием для будущего освоения космоса. В больших масштабах эта система потенциально может поставлять кислород космонавтам на месте или в систему производства ракетного топлива.

Непрочная атмосфера Марса состоит в основном из углекислого газа (96%) и очень малого количества кислорода (0,13% по сравнению с 21% на Земле). Устройство MOXIE, установленное на борту марсохода Perseverance, является первым экспериментом по извлечению марсианского кислорода из углекислого газа планеты. Это важный шаг для будущего освоения Марса, поскольку кислород жизненно необходим не только астронавтам, но и их транспортным средствам.

Для полета на Марс небольшой команде космонавтов необходимо 25-30 тонн кислорода, для производства которого требуется мощная электростанция (25 000-30 000 ватт). Энергия, используемая в ракетах, получается в результате реакции горения между кислородом и топливом. Для этого каждая ракета должна потреблять кислород, вес которого в несколько раз превышает вес топлива. Поскольку транспортировка кислорода с Земли невозможна, его придется производить непосредственно на Марсе.

MOXIE рассчитан на производство до 10 граммов кислорода в час. Его 100-ваттная электрическая мощность обеспечивается энергосистемой Perseverance. Первоначально он мог производить только 5 граммов в час - эквивалент 10 минут дыхания кислородом для космонавта.

В 2021 году MOXIE удалось произвести 6 граммов семь раз подряд. Хотя цель в 10 граммов еще не достигнута, этот эксперимент позволил инженерам оценить способность устройства функционировать, несмотря на атмосферные колебания планеты в течение одного года (марсианский год длится в два раза дольше земного). В следующем году инженерам удалось еще больше оптимизировать эту способность путем технических усовершенствований. В этом месяце MOXIE достигла максимального уровня производства. Последний рекорд производства был удвоен!

Операция с высоким риском

Весом около 18 килограммов и размером с тостер, MOXIE добывает марсианский кислород с помощью электрохимического процесса. Реакция включает в себя захват атомов кислорода из CO2 в марсианском воздухе, который собирается насосом. Эта реакция требует очень высокой температуры, до 800 °C. Чтобы избежать повреждений, устройство было разработано из материалов, способных выдерживать такие температуры, никелевого сплава, который нагревает и охлаждает проходящий через него газ, и легкого аэрогеля, который помогает удерживать тепло. Снаружи устройство также покрыто тонким слоем золота, которое отражает инфракрасное излучение и не дает ему повредить компоненты ровера.

Однако побочный продукт - угарный газ (CO) - может повредить аппарат и его ровер, как и твердая сажа. Поэтому увеличение мощности производства реактивного кислорода было операцией высокого риска. "Это было самое рискованное задание, которое мы когда-либо выполняли. Все могло пойти не так", — сказал Майкл Хехт, главный конструктор MOXIE и помощник директора обсерватории Haystack в Массачусетском технологическом институте (MIT). Но, к счастью, этого не произошло, и "мы получили отличные результаты", — восторгается он.

Эксперимент проходил 6 июня в условиях экстремального холода марсианской ночи (около -100 °C) и продолжался 58 минут. В то время как предыдущий рекорд составлял 6 граммов кислорода в час, эта производительность была удвоена за счет добавления почти 1000 минут дополнительной функциональности. Произведя 12 граммов кислорода за час, MOXIE буквально превзошел свои технические пределы.

Следует, однако, помнить, что, как и любая технологическая демонстрация, долгосрочная жизнь проекта MOXIE зависит от финансирования. По последним подсчетам, бюджет, выделенный на проект, должен закончиться к концу этого года. Тем не менее Хетч планирует искать новых партнеров, учитывая многообещающие результаты последних экспериментов.

Было бы жаль приостанавливать эксперименты, поскольку было бы интересно выяснить, насколько далеко может зайти MOXIE, прежде чем он будет поврежден. Было бы неразумно использовать неопробованное устройство, потому что "на Марсе у вас не будет второго шанса", — отмечает Хетч.