Kisik na Marsu končno resničnost?

S poskusom MOXIE je bil na Marsu proizveden kisik. Gre za prvi prikaz uporabe virov na Rdečem planetu in ključni korak pri doseganju cilja, da bi na Mars poslali ljudi. Bi torej lahko na Marsu kisik postal resničnost?

Na Marsu proizveden kisik iz atmosfere

Eksperiment Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment ali MOXIE, ki ga vodi MIT (Tehnološki inštitut Massachusetts), od februarja 2021, ko je v okviru misije Nasinega roverja Perseverance pristal na marsovskem površju, uspešno proizvaja kisik iz atmosfere Rdečega planeta, bogate z ogljikovim dioksidom.

V študiji raziskovalci poročajo, da je MOXIE do konca leta 2021 v sedmih poskusnih vožnjah v različnih atmosferskih razmerah, tudi podnevi in ponoči ter v različnih marsovskih letnih časih, pridobival kisik. V vsaki izvedbi je instrument dosegel svoj cilj proizvodnje šestih gramov kisika na uro – približno toliko, kot ga proizvede skromno drevo na Zemlji.

Raziskovalci predvidevajo, da bi lahko povečano različico MOXIE poslali na Mars pred človeško misijo, da bi neprekinjeno proizvajala kisik s hitrostjo več sto dreves. S takšno zmogljivostjo bi moral sistem proizvesti dovolj kisika, da bi ob prihodu ljudi na Mars lahko zagotovil njihovo življenje in pogon rakete za vrnitev astronavtov na Zemljo.

Zaenkrat je stalna proizvodnja sistema MOXIE obetaven prvi korak k temu cilju

»Naučili smo se ogromno novega, kar nam bo pomagalo pri oblikovanju prihodnjih sistemov v večjem obsegu,« pravi Michael Hecht, glavni raziskovalec misije MOXIE na observatoriju Haystack pri MIT.

Proizvodnja kisika v misiji MOXIE na Marsu je tudi prvi prikaz uporabe virov na kraju samem, kar pomeni zbiranje in uporabo materialov planeta (v tem primeru ogljikovega dioksida na Marsu) za proizvodnjo virov (kot je kisik), ki bi jih sicer morali prepeljati z Zemlje.

»To je prvi prikaz dejanske uporabe virov na površini drugega planetarnega telesa in njihove kemične pretvorbe v nekaj, kar bi bilo uporabno za človeško misijo,« pravi Jeffrey Hoffman, namestnik glavnega raziskovalca projekta MOXIE in profesor prakse na oddelku za aeronavtiko in astronavtiko MIT. »V tem smislu je to zgodovinski projekt.«

Hoffmanovi in Hechtovi soavtorji iz MIT so člani ekipe MOXIE Jason SooHoo, Andrew Liu, Eric Hinterman, Maya Nasr, Shravan Hariharan in Kyle Horn ter sodelavci iz več ustanov, vključno z Nasinim laboratorijem za reaktivni pogon, ki je vodil razvoj, programsko opremo za letenje, pakiranje in testiranje MOXIE pred izstrelitvijo.

Potek pretvorbe marsovske atmosfere v kisik

Trenutna različica MOXIE je po zasnovi majhna, da se lahko namesti na krov roverja Perseverance, in je narejena tako, da deluje kratek čas, pri čemer se zažene in izklopi ob vsakem zagonu, odvisno od urnika raziskovanja roverja in nalog misije. Nasprotno pa bi tovarna kisika v polnem obsegu vključevala večje enote, ki bi v idealnem primeru delovale neprekinjeno.

Kljub nujnim kompromisom pri trenutni zasnovi instrumenta MOXIE je instrument dokazal, da lahko zanesljivo in učinkovito pretvori Marsovo atmosfero v čisti kisik. To počne tako, da marsovski zrak najprej vsrka skozi filter, ki ga očisti onesnaževalcev. Zrak se nato stisne in pošlje skozi elektroliter trdnega oksida (SOXE), instrument, ki ga je razvilo in izdelalo podjetje OxEon Energy, ki zrak, bogat z ogljikovim dioksidom, elektrokemično razcepi v kisikove ione in ogljikov monoksid.

Kisikovi ioni se nato izolirajo in ponovno združijo v molekularni kisik, ki ga je mogoče vdihavati, ali O2, katerega količino in čistost nato MOXIE izmeri, preden ga skupaj z ogljikovim monoksidom in drugimi atmosferskimi plini neškodljivo izpusti nazaj v zrak.

Od pristanka roverja februarja 2021 so inženirji MOXIE instrument v marsovskem letu zagnali sedemkrat, vsakič pa je potreboval nekaj ur, da se je segrel, nato pa še eno uro, da je izdelal kisik, preden se je ponovno ugasnil. Vsak zagon je bil načrtovan za drug čas dneva ali noči in v različnih letnih časih, da bi preverili, ali se lahko MOXIE prilagodi spremembam v atmosferskih pogojih na planetu.

»Marsovo ozračje je veliko bolj spremenljivo kot zemeljsko,« ugotavlja Hoffman. »Gostota zraka se lahko med letom spreminja za dvakrat, temperatura pa se lahko spreminja za sto stopinj. Eden od ciljev je pokazati, da lahko delujemo v vseh letnih časih.«

Do zdaj je projekt MOXIE pokazal, da lahko proizvaja kisik skoraj ob vsakem času marsovskega dneva in leta

»Edina stvar, ki je nismo dokazali, je delovanje ob zori ali mraku, ko se temperatura bistveno spremeni,« pravi Hecht. »V rokavu imamo asa, ki nam bo to omogočil, in ko bomo to preizkusili v laboratoriju, bomo lahko dosegli še zadnji mejnik in pokazali, da lahko delujemo res kadar koli.«

Inženirji nameravajo povečati proizvodnjo kisika

Medtem ko MOXIE na Marsu še naprej proizvaja kisik, nameravajo inženirji povečati njegovo zmogljivost in proizvodnjo, zlasti spomladi na Marsu, ko sta gostota ozračja in raven ogljikovega dioksida visoka.

»Naslednja vožnja bo potekala v času največje gostote v letu in želimo narediti čim več kisika,« pravi Hecht. »Zato bomo vse nastavili tako visoko, kot si bomo upali, in pustili, da deluje tako dolgo, kot bo mogoče.«

Sistem bodo tudi spremljali, če se pojavijo znaki obrabe. Ker je MOXIE le eden od več poskusov na roverju Perseverance, ne more delovati neprekinjeno, kot bi deloval sistem v polnem obsegu. Namesto tega se mora instrument pri vsakem zagonu vklopiti in izklopiti, kar je toplotni stres, ki lahko sčasoma poslabša delovanje sistema.

Če lahko MOXIE uspešno deluje kljub večkratnemu vklopu in izklopu, bi to pomenilo, da bi lahko sistem v polnem obsegu, zasnovan za neprekinjeno delovanje, deloval več tisoč ur.

»Za podporo človeški misiji na Marsu moramo z Zemlje pripeljati veliko stvari, kot so računalniki, skafandri in bivališča,« pravi Hoffman. »Toda neumni, stari kisik? Če vam ga uspe ustvariti tam, se lotite tega – ste daleč pred drugimi.«

Tilen Kemperle

Novinar