Производство кислорода на Марсе

Кислород настолько распространен на Земле, что мы вспоминаем о нем, только будучи запертыми в шкафу. Однако вопрос о том, как запасти достаточное количество этого важного газа, все время стоит перед космическими инженерами. Чтобы у будущих...

Кислород настолько распространен на Земле, что мы вспоминаем о нем, только будучи запертыми в шкафу. Однако вопрос о том, как запасти достаточное количество этого важного газа, все время стоит перед космическими инженерами. Чтобы у будущих исследователей красной планеты было достаточно кислорода для поддержания жизни и питания корабля, NASA решило использовать свой эксперимент MOXIE (Mars OXygen In situ resource utilization Experiment) в миссии Марс 2020, чтобы выяснить, как получить кислород из марсианской атмосферы.

Отправка на Марс человека влечет не только технические трудности, с которыми никто и никогда ранее не сталкивался, но также и проблемы поставок. Необходимо транспортировать тонны запчастей, продуктов, воды, топлива и кислорода, только чтобы астронавты выжили, не говоря уже об обратной дороге. 

Ранее это не было проблемой. Когда астронавты Аполлона прилетели на Луну, все что было необходимо для полета, они привезли с собой. При полете на Марс это невозможно, разве что корабль будет размером с авианосец. Вместо этого ученые и инженеры стараются сделать так, чтобы корабль обеспечивал сам себя.

«Когда мы отправим людей на Марс, нам необходимо обеспечить им безопасное возвращение, а для этого им нужна ракета, которая поможет им подняться с поверхности. На это уйдет одна из наибольших частей бюджета, выделенного на миссию. Если нам удастся научиться производить кислород прямо на Марсе, это будет огромным преимуществом», - говорит Майкл Хехт (Michael Hecht) из Массачусетского технологического института (США).

Проект Массачусетского технологического института MOXIE может стать решением этой задачи. Он разработан совместно с NASA, и основан на том, что марсианская атмосфера, хоть и является разреженной, на 96% состоит из углекислого газа, что означает, что она может стать потенциальным источником кислорода для будущих исследований. В сущности, MOXIE это топливный элемент наоборот. Вместо того чтобы генерировать электричество с помощью кислорода и сжигать топливо, его принцип действия основан на реакции твердооксидного электролиза, при которой электричество используется для разделения углекислого газа на кислород и углерод.

Марсианский воздух закачивается в устройство, проходя через фильтр, и нагнетается, прежде чем подаваться в топливный отсек. При высокой температуре оксидная керамика играет роль проводника ионов кислорода. В топливном отсеке тонкий, непористый диск из керамики разделяет два пористых электрода: катод и анод. Диоксид углерода проходит через катод, и вступает в контакт с керамикой, взаимодействие электричества и керамики заставляет его разделиться на моноокиси кислорода и углерода. Затем они разделяются и отправляются в хранилище. 

MOXIE это один из семи основных экспериментов, итоги которых будут использоваться при полете на Марс, запланированном на июль 2020 года, на который правительство США выделит 1,9 миллиардов долларов. Основой станет атомный марсоход Curiosity, который в настоящее время исследует кратер Гейл. Остальные разработки направлены на изучение красной планеты, однако MOXIE выделяется тем, что он требует практических испытаний.

«Если бы вы были одним из тех астронавтов, которые будут зависеть от запаса кислорода, вы бы хотели, чтобы устройство было проверено еще до вашего полета. Мы хотим инвестировать средства в небольшой прототип, чтобы полностью убедиться в его работоспособности. Мы никогда не запускали производство на Марсе. Но это именно то, чем мы занимаемся. Мы запускаем прототип, чтобы выяснить какие проблемы могут возникнуть», - говорит Хехт.

По словам представителей института, если MOXIE станет успешным, его расширенная версия может стать подспорьем будущим исследованиям, производя кислород для дыхания и топлива. Один из возможных вариантов – это предварительная постройка роботизированного атомного завода, который произведет запас кислорода для прибывающих астронавтов.