נאס"א יכולה כעת לייצר חמצן בשווי עץ על מאדים

אסטרונאוטים על תחנת החלל אולי נראה רחוק, אבל הם רק 248 מיילים מכדור הארץ: קצת יותר מהנסיעה מניו יורק לוושינגטון די.סי. ניתן לספק את כל מה שהם צריכים בזמן קצר יחסית. לאסטרונאוטים המבקרים במאדים לא תהיה גישה כל כך קלה. המרחק הממוצע של כוכב הלכת האדום מכדור הארץ הוא 140 מיליון מיילים.

אנחנו יכולים לתכנן משימות אספקה, אבל לקחת הכל יחד לנסיעה יהיה יקר ולא מעשי. כמו מארק וואטני ב השמיים מאדים, חוקרים יצטרכו לחיות מהאדמה מדי.

היו הרבה הצעות כיצד אסטרונאוטים עשויים לייצר את הדברים החיוניים, אבל עד לאחרונה לא נבדקה טכנולוגיה בשטח. עכשיו, הודות למכונה שנקראת מוקסי, שנבנה על ידי MIT ומאוחסן על רובר Perseverance של נאס"א, אנו יכולים לומר באופן סופי שבני אדם יוכלו לייצר חמצן על מאדים.

ב מאמר שפורסם השבוע ב התקדמות מדעחוקרים אמרו שבע ריצות ניסוי של שעה לאורך 2021 מוכיחות ש-MOXIE יכול להמיר באופן אמין פחמן דו חמצני לחמצן בשווי עץ קטן. בניסויים שנפרשו על פני טמפרטורות ולחצים שונים, ביום ובלילה, בחורף ובקיץ, המכונה העזת נשימה בהתמדה את האטמוספירה של מאדים ונשפה לפחות שישה גרם חמצן בשעה.

MOXIE מפעיל את הקסם שלו על ידי מציצת אוויר, סינון אבק ודחיסה וחימום של הגזים ל-800 מעלות צלזיוס. האוויר המחומם זורם דרך מכשיר אלקטרוליזה של תחמוצת מוצק המפצל פחמן דו חמצני - המרכיב 96 אחוז מהאווירה של מאדים-לחמצן ופחמן חד חמצני. לאחר מכן, המכונה מפרידה את החמצן ומוציאה את הפחמן החד חמצני, לצד גזים אחרים, כפליטה.

"זו ההדגמה הראשונה של שימוש בפועל במשאבים על פני גוף פלנטרי אחר, והפיכתם כימית למשהו שיהיה שימושי עבור משימה אנושית", אמר סגן החוקר הראשי של MOXIE, ג'פרי הופמן, פרופסור לתרגול במחלקה של MIT. של אווירונאוטיקה ואסטרונאוטיקה, בשחרור.

"יער" של מאדים

ההפגנה היא רק ההתחלה. גרסה עתידית, בערך בגודל של "מקפיא חזה קטן", יפיק חמצן בקצב השווה לכמה מאות עצים. המכונה מייצרת כשלושה קילוגרמים של חמצן בשעה במשך 26 חודשים, יכולה להזין מיכל אחסון כדי לשמור על האסטרונאוטים לנשום ולתדלק את הנסיעה שלהם הביתה.

כדי להגיע לשם, המכונה תצטרך להוכיח שהיא מסוגלת לפעול ללא הפסקה בסביבה הקשה של מאדים - והיא תזדקק להרבה יותר כוח.

"כוח הוא האזור שבו אנו מצפים לראות את השיפור הגדול ביותר ב-MOXIE המוגדל," ד"ר מיכאל הכט, מנהל שותף במצפה הכוכבים Haystack של MIT וחוקר ראשי בנושא MOXIE, אמר רכזת הסינגולריות.

"על התמדה אנו משתמשים בעד 300 וואט כדי לייצר כ-8 גרם לשעה של חמצן, מה שמייצג לא הרבה יותר מ-10 אחוז יעילות ביחס לכמות הכוח האלקטרוכימי שנדרש למעשה כדי לפרק את מולקולת ה-CO2. אנו מצפים שהמערכת בקנה מידה מלא תהיה יותר כמו 90 אחוז יעילה, בהתבסס על מחקרים מפורטים".

חלק מהרווחים הללו יהיו בגלל שמכונה גדולה יותר יכולה לפעול בלחצים נמוכים יותר, ולחסוך באנרגיה בדחיסה, אמר ד"ר הכט. אבל בעיקר זה יהיה הודות ליתרונות של קנה מידה - אתה יכול לייצר גרמים או קילוגרמים עם אותה אלקטרוניקה, למשל.

זה עדיין ידרוש מקור כוח אמין, כמובן. לדברי ד"ר הכט, כור גרעיני המסוגל לכ-10 קילוואט (מפותח כעת על ידי נאס"א) צריך לעשות את העבודה.

היתרון בשימוש בגרעין הוא אמינות ואריכות ימים. רובר ה-Opportunity של נאס"א, המופעל על ידי פאנלים סולאריים, פגש את גורלו כאשר סופת אבק עולמית חסמה את השמש. מקור הכוח הגרעיני של Perseverance, לעומת זאת, הוא עצמאי ו מדורג להחזיק מעמד 14 שנים.

אם כבר מדברים על סופות אבק, למכונה שמתפרנסת ממצוקת אוויר, סופות עולמיות שנמשכות שבועות או חודשים נראה אויבים אדירים. ואכן, אמר ד"ר הכט, כפי שהיית מצפה שמסנני אוויר בבית יסתמו, כך יקרה גם במאדים.

"למדנו רבות את סינון האבק, ונראה שזה אחד מהמקרים שבהם הטבע חביב עלינו. הסערות עצמן אינן בעיה כמו צריכת האבק הקבועה", אמר. "אבל למרבה המזל האבק לא עוקב אחר זרימת האוויר באותה קלות בלחצים הנמוכים האלה, כך שכמעט את כולו ניתן לחסל על ידי בלבול פשוט שמאלץ את האוויר להסתובב לפינות כשהוא נמשך לתוך המערכת."

למרות שכמה שאלות גדולות נענו, הצוות מתכנן להמשיך לבדוק את MOXIE. הם יפעילו אותו בשעת בין ערביים ושחר, כשהטמפרטורות של מאדים יתנדנדו בפראות יותר, ידחפו אותו כדי לייצר יותר חמצן, ויפקחו בקפידה על הבלאי. בינתיים, בחזרה על כדור הארץ, Oxeon, החברה שייצרה את יחידת האלקטרוליזה, כבר בנתה ובדקה מערכת שגדולה פי 100.

התחנה הבאה מאדים?

כמה זמן נצטרך מוצר מוגמר לא בטוח. נאס"א מתכננת לשגר השנה את ארטמיס I, אבן דרך אל הירח ובסופו של דבר, יש לקוות, מאדים. בינתיים, סין בוחנת את כוכב הלכת האדום, ו-SpaceX ממהרת להשלים את הטיל שלה על מאדים. תאריכי היעד לטאצ'דאון נעים מסוף העשור הזה ועד מתישהו בשנות ה-2030.

מעתה ועד אז, נצטרך לפתור אתגרים משמעותיים רבים. אבל להבין איך לייצר אוויר לנשימה ודלק לנסיעה הביתה היא קופסה גדולה שצריך לבדוק. "זה מה שחוקרים עשו מאז ומעולם," הופמן אמר לי השמיים וושינגטון פוסט. "גלה אילו משאבים זמינים לאן אתה הולך וגלה כיצד להשתמש בהם."

תמונת אשראי: נאס"א