MOXIE (Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment) es un experimento de oxígeno marciano, un demostrador tecnológico para probar la posibilidad de generar oxígeno a partir de la atmósfera marciana [1] , instalado en el rover Perseverance . Se necesitará oxígeno en futuras misiones tripuladas para usarlo como oxidante de combustible y para la respiración de los astronautas, para que las misiones sean independientes de los suministros de oxígeno de la Tierra.
MOXIE es uno de los muchos experimentos de utilización de recursos in situ (ISRU) de la NASA y el primero que se lleva a cabo en condiciones reales directamente en Marte.
El dispositivo fue desarrollado bajo la dirección de Michael Hecht en el Instituto Tecnológico de Massachusetts [2] .
El propósito de MOXIE es probar la viabilidad de generar oxígeno a partir de la atmósfera marciana, que es 96% dióxido de carbono . El control debe realizarse al menos 10 veces en diferentes momentos del día y en diferentes épocas del año a una presión atmosférica media de 5 mm Hg. y la temperatura promedio para el cráter "Ezero" es de 0°C. Se espera que produzca hasta 10 gramos de oxígeno por hora con una pureza del 98 % [3] . Si el experimento tiene éxito, será posible crear una gran instalación con una pequeña planta de energía que pueda producir al menos dos kilogramos de oxígeno por hora para asegurar la vida de los astronautas en Marte.
El peso total del dispositivo es de 17,1 kg, dimensiones: 23,9 × 23,9 × 30,9 cm, consumo de energía: 300 W; el dispositivo funciona a una presión de 2 a 12 mm Hg.
MOXIE extrae oxígeno de la atmósfera mediante electrólisis de óxido sólido.
El ciclo de producción de oxígeno comienza con el funcionamiento del compresor de aire y los filtros de polvo , a través de los cuales el aire marciano ingresa al compresor. MOXIE utiliza un compresor tipo scroll , en el que dos elementos scroll están conectados en un solo sistema. La tarea del compresor es aumentar la presión del aire de entrada al de la Tierra (la atmósfera de Marte es aproximadamente 100 veces más rara que la de la Tierra, y la presión atmosférica promedio es de 700 a 800 veces menor) y dirigirla a un bloque de calor. intercambiadores impresos en una impresora 3D [4] . En ellos, el aire marciano comprimido a la densidad de la atmósfera terrestre se calienta a una temperatura de unos 800 °C, lo que es necesario para la electrólisis de los óxidos sólidos. Luego, las celdas de electrólisis de óxido sólido (que consisten en óxido de circonio estabilizado con una pequeña cantidad de escandio; el material se conoce como ScSZ) descomponen el dióxido de carbono, eliminando un átomo de oxígeno. Un subproducto de la reacción, el monóxido de carbono, se libera a la atmósfera del planeta [5] [6] .
La alta temperatura del gas en los intercambiadores de calor se logra mediante calentamiento eléctrico. MOXIE consume más energía de la que genera el RTG del rover (300 W frente a 110 W). Para evitar el derretimiento y la corrosión de los instrumentos cercanos del rover, MOXIE está encerrado en una carcasa de aleación de aluminio chapada en oro.
Según los desarrolladores, durante los próximos dos años, el dispositivo funcionará durante un total de unas 10 horas [7] . Toda la serie de experimentos se divide en tres etapas. En la primera etapa, se verificará el funcionamiento del dispositivo, en la segunda etapa, el dispositivo funcionará en varias condiciones atmosféricas, por ejemplo, en diferentes momentos del día y en diferentes estaciones. En la tercera etapa, se combinarán los modos de funcionamiento y se realizarán experimentos sobre el rendimiento del dispositivo a varias temperaturas. La composición de los datos requeridos está relacionada con las peculiaridades del clima en Marte: fluctuaciones de temperatura diarias significativas, fuertes caídas de presión asociadas con tormentas de polvo y cambios estacionales. Tales condiciones conducen a la necesidad de realizar pruebas durante todo el año marciano (dos años terrestres). Los datos obtenidos se utilizarán eventualmente en el diseño y desarrollo de futuros sistemas que podrán generar oxígeno independientemente de las condiciones climáticas.
esquema MOXIE
Vista general de MOXIE
Ubicación de MOXIE entre los instrumentos científicos del rover Perseverance
MOXIE instalado en el rover
Un convertidor completo de dióxido de carbono en oxígeno, adecuado para uso humano durante una expedición marciana, debería tener unas 100 veces más MOXIE, producir 200 veces más oxígeno (2-3 kg por hora), trabajar 10 mil horas y pesar 1000 kg. La NASA estima que una tripulación de 4 personas necesitará 1 tonelada de oxígeno durante 1 año para respirar y 25 toneladas de oxígeno como oxidante propulsor [14] .
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