MOXIE (Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment) este un experiment marțian cu oxigen, un demonstrator tehnologic pentru a testa posibilitatea generării de oxigen din atmosfera marțiană [1] , instalat pe roverul Perseverance . Oxigenul va fi necesar în viitoarele misiuni cu echipaj pentru a fi utilizat ca oxidant pentru combustibil și pentru respirația astronauților, pentru a face misiunile independente de rezervele de oxigen de pe Pământ.
MOXIE este unul dintre numeroasele experimente de utilizare a resurselor in situ (ISRU) ale NASA și primul care a fost efectuat în condiții reale direct pe Marte.
Dispozitivul a fost dezvoltat sub conducerea lui Michael Hecht la Massachusetts Institute of Technology [2] .
Scopul MOXIE este de a testa fezabilitatea generării de oxigen din atmosfera marțiană, care este 96% dioxid de carbon . Verificarea trebuie efectuată de cel puțin 10 ori în diferite momente ale zilei și în diferite momente ale anului la o presiune atmosferică medie de 5 mm Hg. iar temperatura medie pentru craterul „Ezero” este de 0°C. Se așteaptă să producă până la 10 grame de oxigen pe oră cu o puritate de 98% [3] . Dacă experimentul are succes, se va putea crea o instalație mare cu o centrală electrică mică, care poate produce cel puțin două kilograme de oxigen pe oră pentru a asigura viața astronauților pe Marte.
Greutatea totală a dispozitivului este de 17,1 kg, dimensiuni - 23,9 × 23,9 × 30,9 cm, consum de energie - 300 W; dispozitivul funcționează la o presiune de 2 până la 12 mm Hg.
MOXIE extrage oxigenul din atmosferă folosind electroliza cu oxid solid.
Ciclul de producere a oxigenului începe cu funcționarea compresorului de aer și a filtrelor de praf , prin care aerul marțian intră în compresor. MOXIE folosește un compresor de tip scroll , în care două elemente scroll sunt conectate într-un singur sistem. Sarcina compresorului este de a crește presiunea aerului de admisie către Pământ (atmosfera lui Marte este de aproximativ 100 de ori mai rară decât cea a Pământului, iar presiunea atmosferică medie este de 700-800 de ori mai mică) și să o direcționeze către un bloc de căldură. schimbătoare imprimate pe o imprimantă 3D [4] . În ele, aerul marțian comprimat la densitatea atmosferei Pământului este încălzit la o temperatură de aproximativ 800 ° C, care este necesară pentru electroliza oxizilor solizi. Apoi celulele de electroliză cu oxid solid (formate din oxid de zirconiu stabilizat cu o cantitate mică de scandiu - materialul este cunoscut sub numele de ScSZ) descompun dioxidul de carbon, eliminând un atom de oxigen din acesta. Un produs secundar al reacției, monoxidul de carbon, este eliberat înapoi în atmosfera planetei [5] [6] .
Temperatura ridicată a gazului în schimbătoarele de căldură se realizează prin încălzire electrică. MOXIE consumă mai multă energie decât o generează RTG al roverului (300W față de 110W). Pentru a preveni topirea și coroziunea instrumentelor din apropiere ale roverului, MOXIE este învelit într-o carcasă din aliaj de aluminiu placată cu aur.
Potrivit dezvoltatorilor, în următorii doi ani, dispozitivul va funcționa în total aproximativ 10 ore [7] . Întreaga serie de experimente este împărțită în trei etape. În prima etapă, se va verifica funcționarea dispozitivului, în a doua etapă, dispozitivul va funcționa în diferite condiții atmosferice, de exemplu, în diferite momente ale zilei și în diferite anotimpuri. În a treia etapă, modurile de funcționare vor fi combinate și se vor desfășura experimente privind performanța dispozitivului la diferite temperaturi. Compoziția datelor necesare este legată de particularitățile vremii de pe Marte: fluctuații semnificative de temperatură zilnică, căderi bruște de presiune asociate cu furtunile de praf și schimbări sezoniere. Astfel de condiții duc la necesitatea testării pe parcursul întregului an marțian (doi ani pământeni). Datele obținute vor fi utilizate în cele din urmă în proiectarea și dezvoltarea viitoarelor sisteme care vor putea genera oxigen indiferent de condițiile meteorologice.
Schema MOXIE
Vedere generală a lui MOXIE
Localizarea MOXIE printre instrumentele științifice ale roverului Perseverance
MOXIE instalat în rover
Un convertor complet de dioxid de carbon în oxigen, potrivit pentru uz uman în timpul unei expediții marțiane, ar trebui să fie de aproximativ 100 de ori mai mult MOXIE, să producă de 200 de ori mai mult oxigen (2-3 kg pe oră), să funcționeze 10 mii de ore și să cântărească 1000 kg. NASA estimează că un echipaj de 4 persoane va avea nevoie de 1 tonă de oxigen timp de 1 an pentru respirație și 25 de tone de oxigen ca oxidant propulsor [14] .
| Explorarea lui Marte cu nave spațiale | |
|---|---|
| Zbor | |
| Orbitală | |
| Aterizare | |
| roveri | |
| Marshalls | |
| Planificat |
|
| Sugerat |
|
| Fără succes | |
| Anulat |
|
| Vezi si | |
| Navele spațiale active sunt evidențiate cu caractere aldine | |