毅力号第一次从火星大气中提取氧气

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勇气

美国宇航局最新的六轮火星机器人“毅力”的“第一”不断增加,其中包括将火星稀薄、富含二氧化碳的大气转化为氧气。

“毅力”号上的一个烤面包机大小的实验仪器“火星氧气原位资源利用实验”(MOXIE)完成了任务。该测试于4月20日进行,这是自该任务于2月18日登陆火星以来的第60个火星日。

虽然这项技术演示才刚刚开始,但它可以为科幻小说成为科学事实铺平道路——在火星上隔离和储存氧气,以帮助火箭把宇航员送上火星表面。这些设备有朝一日也可能为宇航员提供可呼吸的空气。MOXIE是一项探索技术调查,与火星环境动力学分析仪(MEDA)气象站一样,它是由美国宇航局空间技术任务理事会(STMD)和人类探索和操作任务理事会赞助的。

“这是在火星上将二氧化碳转化为氧气的关键的第一步,”STMD的副署长吉姆·罗伊特(Jim Reuter)说。“MOXIE还有更多的工作要做,但这项技术演示的结果充满了希望,因为我们朝着有一天在火星上看到人类的目标前进。”氧气不仅仅是我们呼吸的东西。火箭推进剂依赖于氧气,未来的探索者将依靠在火星上生产推进剂来完成回家之旅。”

MOXIE的首席研究员、麻省理工学院干草堆天文台的迈克尔·赫克特(Michael Hecht)说,对于火箭或宇航员来说,氧气是关键。

为了燃烧燃料,火箭必须有更多的氧气。在未来的任务中,让四名宇航员离开火星表面将需要大约15000磅(7吨)的火箭燃料和55000磅(25吨)的氧气。相比之下,在火星上生活和工作的宇航员呼吸所需的氧气要少得多。赫克特说:“在火星表面待一年的宇航员可能共用1吨的重量。”

将25吨氧气从地球运送到火星将是一项艰巨的任务。运输一个一吨重的氧气转化器——MOXIE的一个更大、更强大的后代,可以生产25吨的氧气转化器——将更加经济和实用。

火星的大气层96%是二氧化碳。MOXIE的工作原理是将氧原子从二氧化碳分子中分离出来,二氧化碳分子由一个碳原子和两个氧原子组成。一种废物,一氧化碳,被排放到火星的大气中。

转换过程需要高水平的热量来达到大约1470华氏度(800摄氏度)的温度。为了适应这一点,MOXIE单元是用耐热材料制成的。其中包括3d打印的镍合金部件,可以加热和冷却流经该部件的气体,以及一种轻量级的气凝胶,有助于保持热量。MOXIE的外部有一层薄薄的金色涂层,可以反射红外线热量,防止它向外辐射,从而可能损害Perseverance的其他部分。

在第一次操作中,MOXIE的氧气产量相当适中——大约5克,相当于宇航员10分钟的呼吸氧气量。MOXIE可以每小时产生10克氧气。

这项技术演示的目的是确保该仪器在从地球发射的近7个月的深空旅程中幸存下来,并在2月18日与“毅力”号着陆。在火星上的一年中(地球上的两年),MOXIE将至少再提取9次氧气。

这些产氧过程将分为三个阶段。第一阶段将检查和描述仪器的功能,而第二阶段将在不同的大气条件下运行仪器,如不同的时间和季节。赫克特说,在第三阶段,“我们将挑战极限”——尝试新的操作模式,或引入“新的皱纹,例如我们将在三种或更多不同温度下进行操作比较。”

“MOXIE不仅仅是在另一个世界制造氧气的第一个仪器,”STMD的技术演示总监Trudy Kortes说。这是第一项能够帮助未来的太空任务“在陆地上生存”的技术,利用另一个世界的环境元素,也被称为就地资源利用。

她说:“它是把你在地面上发现的这种物质风化层,通过加工厂加工成一个大型结构,或者是把二氧化碳——大气的大部分——转化为氧气。”“这个过程让我们可以把这些丰富的材料转化成有用的东西:推进剂、可呼吸的空气,或者与氢、水结合。”

更多的毅力

“毅力”号火星任务的一个关键目标是天体生物学,包括寻找古代微生物生命的迹象。“火星车”将描绘火星的地质特征和过去的气候,为人类探索火星铺平道路,并将成为收集和保存火星岩石和风化层(破碎的岩石和灰尘)的第一个任务。

随后,美国宇航局将与欧洲航天局合作,向火星发射航天器,从火星表面收集这些密封样本,并将它们送回地球进行深入分析。

“火星2020”计划是美国宇航局“月球到火星”探测计划的一部分,其中还包括“阿尔忒弥斯”(Artemis)月球探测计划,这将为人类探索这颗红色星球做准备。

NASA位于南加州的喷气推进实验室由加州帕萨迪纳的加州理工学院为NASA管理,该实验室建造并管理着“毅力”号火星车的运行。

有关毅力的更多信息:https://www.mars.nasa.gov/mars2020/https://www.nasa.gov/perseverance

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