20 апреля 2021 года марсоход Perseverance впервые задействовал имеющееся у него оборудование эксперимента MOXIE (Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment). Эта небольшая, но достаточно сложная химическая установка, проработав около одного часа, переработала углекислый газ марсианской атмосферы, из которого было выделено 5.4 грамма чистого и пригодного для дыхания кислорода. Отметим, что эксперимент MOXIE является проверкой одной из ключевых технологий, которые позволят людям жить на поверхности Красной Планеты достаточно длительное время.
Если первый пилотируемый полет на Марс будет проведен в скором времени, то членам экипажа этой экспедиции придется долго задержаться там, ожидая, пока планеты снова не займут правильное для возвращения положение относительно друг друга. Это, и необходимость наличия запасов кислорода, который будет использоваться в качестве одного из компонентов ракетного топлива и для дыхания астронавтов, требует необходимости получения этих ресурсов прямо на поверхности планеты.
По расчетным данным, для подъема четырех астронавтов с поверхности Марса и разгона космического корабля до достаточной скорости потребуется минимум 7 тонн топлива и 25 тонн кислорода. При этом, каждому астронавту во время пребывания на Красной Планете потребуется для дыхания одна тонна кислорода в год. Доставка всего этого с Земли потребует большего количества топлива и кислорода, что в свою очередь потребует еще большего количества топлива и кислорода, что в свою очередь потребует …
Хотя марсианская атмосфера имеет плотность, в 100 раз меньшую плотности земной атмосферы, она почти полностью состоит из углекислого газа, в каждой молекуле которого содержится по атому углерода и два атома кислорода. Имея соответствующее оборудование и достаточное количество энергии можно расщепить углекислый газ из марсианской атмосферы и выделить из него чистый кислород.
Этим соответствующим оборудованием является оборудование эксперимента MOXIE. Установка берет марсианскую атмосферу, пропускает ее через качественный фильтр и сжимает газ до высокого давления при помощи компрессора. За счет сжатия газ нагревается до температуры в 800 градусов Цельсия и на специальном керамическо-окисном катализаторе распадается на кислород и угарный газ в ходе химического процесса, называемого твердо-окисным электролизом.
Сама установка MOXIE изготовлена из прочных и теплостойких материалов. Элементы установки изолированы от окружающей среды при помощи теплоизоляторов, изготовленных из специальных аэрогелей. А внешняя оболочка установки покрыта слоем золота, отражающего исходящее наружу тепло обратно внутрь и защищающего, тем самым, остальную часть марсохода от нежелательного нагрева.
После включения, установка MOXIE прошла двухчасовой этап предварительного нагрева и вошла в рабочий режим, в котором она вырабатывает около 6 грамм кислорода в час. Но этого количества достаточно для обеспечения дыхания одного человека на протяжении 10 минут. А будущая версия установки типа MOXIE, вес которой составит около одной тонны, сможет вырабатывать кислород в количестве, измеряющемся тоннами.
Согласно намеченной программе исследований, марсоход Perseverance проведет еще множество тестов при помощи инструмента MOXIE. Эти тесты условно разбиты на три группы. К первой группе относятся тесты собственно инструмента, тесты второй группы будут проверять возможность производства кислорода при различных атмосферных условиях, а при проведении тестов третьей группы будут исследоваться новые рабочие режимы установки, такие, как изменение рабочей температуры и давления с целью поиска режима, обеспечивающего максимальную эффективность.
"Марсоход Perseverance, вооруженный инструментом MOXIE, стал первым аппаратом, который произвел кислород на другой планете, используя для этого только местные ресурсы" - рассказывает Труди Кортес (Trudy Kortes), - "На Луне, к примеру, мы сможем получать кислород схожим способом из лунного реголита. А расщепляя другие соединения, мы сможем получить водород, который можно использовать в качестве реактивного топлива или для получения чистой воды путем его объединения с кислородом".
