صندوق بحجم الحقيبة يصنع الأكسجين بالفعل على المريخ

صورة لغروب الشمس على سطح المريخ التقطتها المركبة سبريت التابعة لناسا عام 2005. (ناسا / مختبر الدفع النفاث / تكساس إيه آند إم / كورنيل)

الغلاف الجوي للمريخ ، في حالته الحالية ، ليس صديقًا للأرض على الإطلاق. إنها رقيقة للغاية ، وأقل كثافة بمئة مرة من كثافة الأرض ، وتتكون في الغالب من ثاني أكسيد الكربون. أي إنسان يحاول أن يتنفسه سيجد نفسه قريبًا لا يتنفس على الإطلاق.

ولكن في ذلك العالم الغريب الجاف والمغبر ، كانت هناك أداة صغيرة ، أكبر قليلاً من حقيبة ، تضخ بشكل موثوق الأكسجين القابل للتنفس من الغلاف الجوي للمريخ.

إنه العرض الأول لمعالجة الموارد الموجودة في الموقع للاستخدام البشري على كوكب آخر - مما ينشئ طريقة يمكن من خلالها توليد الهواء القابل للتنفس لمهمة بشرية إلى الكوكب الأحمر.

تسمى موكسي ( كوكب المريخ تجربة استخدام موارد الأكسجين في الموقع (ISRU) ، والمثبتة في بطن المركبة الجوالة المثابرة التابعة لناسا ، وهي تستخدم عملية تسمى التحليل الكهربائي لتقسيم ثاني أكسيد الكربون على كوكب المريخ إلى أول أكسيد الكربون والأكسجين.

بين فبراير 2021 ، عندما هبطت المثابرة ، ونهاية عام 2021 ، أنتجت MOXIE الأكسجين سبع مرات - وستواصل القيام بذلك ، كما قال الباحثون.

'هذا هو أول عرض لاستخدام الموارد فعليًا على سطح جسم كوكبي آخر ، وتحويلها كيميائيًا إلى شيء سيكون مفيدًا لمهمة بشرية' يقول رائد فضاء ناسا السابق ونائب باحث MOXIE جيفري هوفمان من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.

'إنه تاريخي بهذا المعنى.'

إن إنتاج الأكسجين عن طريق التحليل الكهربائي ليس شيئًا جديدًا. محطة الفضاء الدولية ، على سبيل المثال ، تستخدم التحليل الكهربائي قسّم الماء إلى هيدروجين وأكسجين ، وبالتالي يكمل إمدادها بالهواء القابل للتنفس.

ومع ذلك ، على كوكب المريخ ، قد يكون الماء ثمينًا للغاية لاستخدامه بهذه الطريقة ، إذا كانت هناك طريقة أخرى متاحة.

يتم إدخال MOXIE في المثابرة قبل المهمة. (ناسا / مختبر الدفع النفاث- معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا)

لحسن الحظ ، الأكسجين هو مكون للعديد من المركبات ، بما في ذلك ثاني أكسيد الكربون الذي يشكل ما يقرب من 96 في المائة من الغلاف الجوي على كوكب المريخ: جزيء يتكون من ذرة كربون واحدة واثنين من ذرات الأكسجين.

تمت دراسة الاختزال الكهروكيميائي لثاني أكسيد الكربون إلى عناصره المكونة جيدًا ومعروفًا ومفهومًا ؛ كان التحدي يتمثل في تطوير أداة ، هنا على الأرض ، يمكنها القيام بذلك على المريخ بالمكونات الموجودة في متناول اليد.

إن إنتاج MOXIE للأكسجين هو عملية متعددة الخطوات.

أولاً ، يجذب هواء المريخ من خلال مرشح ينظفه. يتم بعد ذلك ضغط هواء المريخ المنقى هذا وتسخينه وإرساله عبر المحلل الكهربائي للأكسيد الصلب (SOXE). يقسم المحلل الكهربائي ثاني أكسيد الكربون إلى أول أكسيد الكربون ، والذي يتم تنفيسه مرة أخرى في الغلاف الجوي للمريخ ، وأيونات الأكسجين.

ثم يتم إعادة تجميع أيونات الأكسجين في Oاثنين، أو الأكسجين الجزيئي ، والذي يتم قياسه بعد ذلك من حيث الكمية والنقاء قبل إعادة تنفيسه مرة أخرى.

لقد توصل العلماء إلى أن هذه العملية أدت بشكل موثوق إلى إنتاج أكسجين قابل للتنفس. بعد عدة ساعات من الإحماء ، يتم تشغيله لمدة ساعة واحدة لكل تجربة تليها فترة من إيقاف التشغيل. في ساعة واحدة من التشغيل هذه ، يكون MOXIE مصمم لإنتاج ما يصل إلى 10 جرام - حوالي 20 دقيقة من الأكسجين القابل للتنفس لرائد فضاء واحد.

في كل دورة من دوراتها السبعة ، أنتجت MOXIE ما بين 5.4 و 8.9 جرامًا من الأكسجين الجزيئي ، ليصبح المجموع 49.9 جرامًا.

نظرًا لأن المريخ متغير بدرجة كبيرة في كل من درجة الحرارة وكثافة الهواء ، ليس فقط من النهار إلى الليل ولكن طوال فصول السنة المتغيرة ، يحتاج MOXIE إلى أن يكون قادرًا على الركض في نطاق واسع من درجات الحرارة وكثافة الهواء.

استطاعت MOXIE ، في سبع دورات لها ، إنتاج الأكسجين في مجموعة متنوعة من الظروف: أثناء النهار والليل وطوال العام.

'الشيء الوحيد الذي لم نظهره هو الجري عند الفجر أو الغسق ، عندما تتغير درجة الحرارة بشكل كبير' يقول الباحث الرئيسي في MOXIE مايكل هيشت من مرصد قش معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.

'لدينا فكرة رائعة تتيح لنا القيام بذلك ، وبمجرد أن نختبر ذلك في المختبر ، يمكننا الوصول إلى هذا الإنجاز الأخير لإظهار أنه يمكننا حقًا الركض في أي وقت.'

من الناحية المثالية ، بالطبع ، الهدف هو نظام دعم الحياة الذي يمكن أن يعمل باستمرار لأن هذه هي الطريقة التي يحتاجها الناس للتنفس. وسيحتاج إلى أن يكون أكبر بكثير من MOXIE: فريق صغير من رواد الفضاء ، Hecht قال في العام الماضي ، سيتطلب حوالي طن متري واحد من الأكسجين القابل للتنفس لمدة عام واحد على سطح المريخ.

وهذا لا يشمل الأكسجين المطلوب للوقود الدافع للعودة إلى الوطن - في المجموع ، ستحتاج المهمة إلى ما يقدر بنحو 500 طن من الأكسجين ، حسب حسابات الفريق.

إن ما تعلمه الفريق في السنة الأولى من عمليات MOXIE سيوجه تطوير هذا النظام الأكبر ... ولكن لا يزال هناك طريق يتعين علينا القيام به.

سيجري التشغيل التجريبي التالي خلال الوقت من العام عندما يكون الغلاف الجوي في أوج كثافته. بعد ذلك ، قال الفريق ، إنهم سيدفعون الآلة بأقصى ما يمكن لمحاولة إنتاج أكبر قدر ممكن من الأكسجين.

لن يُظهر هذا ما تستطيع MOXIE فعله فحسب ، بل سيوضح حدوده ، والتي بدورها ستساعد في بناء آلة أكثر قوة للمهمة المأهولة إلى المريخ في نهاية المطاف.

وسيحل هذا جزءًا كبيرًا من اللغز الذي لا يقتصر على جعل مكان صالح للسكن أكثر ترحيباً بالبشر - ولكن ضمان عودتهم بأمان إلى ديارهم.

'لدعم مهمة بشرية إلى المريخ ، علينا إحضار الكثير من الأشياء من الأرض ، مثل أجهزة الكمبيوتر ، وبدلات الفضاء ، والموائل' هوفمان يقول .

'لكن الأكسجين القديم البكم؟ إذا تمكنت من الوصول إلى هناك ، فاستمر في ذلك - فأنت متقدم على اللعبة '.

تم نشر البحث في تقدم العلم .

من نحن

نشر حقائق تقارير مستقلة ومثبتة عن الصحة والفضاء والطبيعة والتكنولوجيا والبيئة.