Atmosfera Marsa, u sadašnjem stanju, uopće nije pogodna za ljudski život. Iznimno je tanka, ima više od 100 puta manje gustoće od Zemljine, a sastoji se uglavnom od ugljičnog dioksida. Bilo koji čovjek koji bi pokušao udahnuti na Crvenom planetu, ubrzo bi shvatio da uopće ne diše.
Ali na tom prašnjavom i suhom planetu, mali instrument, tek malo veći od aktovke, pouzdano je ispumpavao kisik, koji se može udisati iz atmosfere Marsa. To je prva demonstracija obrade resursa 'in situ' za ljudsku upotrebu na drugom planetu, odnosno utvrđivanje načina na koji bi se mogao proizvesti zrak za disanje za ljudsku misiju na Mars.
Instrument u pitanju zove se MOXIE (Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization (ISRU) Experiment) i, instaliran je unutar NASA-ina rovera Perseverance, koristi proces koji se zove elektroliza za razdvajanje ugljičnog dioksida s Marsa na ugljični monoksid i kisik.
Između veljače 2021., kada je Perseverance sletio, i kraja 2021., MOXIE je proizveo kisik sedam puta i nastavit će to činiti, rekli su NASA-ini znanstvenici.
Ovo je prva demonstracija stvarnog korištenja resursa na površini drugog planetarnog tijela i njihove kemijske transformacije u nešto što bi bilo korisno za ljudsku misiju. U tom smislu to je povijesno ostvarenje, kaže Jeffrey Hoffman s MIT-a, bivši NASA-in astronaut i zamjenik glavnog znanstvenika koji vodi MOXIE.
Slična tehnologija i na ISS-u
Proizvodnja kisika putem elektrolize nije nova stvar. Međunarodna svemirska postaja (ISS), na primjer, koristi elektrolizu za razdvajanje vode na vodik i kisik i na taj način dopunjuje svoju zalihu zraka za disanje.
Međutim, na Marsu bi voda mogla biti previše dragocjena za korištenje na ovaj način, ako postoji druga dostupna metoda. Srećom, kisik je sastavni dio mnogih spojeva, uključujući ugljični dioksid koji čini otprilike 96 posto atmosfere na Marsu: molekula sastavljena od jednog atoma ugljika i dva atoma kisika.
Elektrokemijska redukcija ugljičnog dioksida u njegove sastavne elemente dobro je proučena, poznata i shvaćena; izazov je bio razviti, ovdje na Zemlji, instrument koji bi to mogao učiniti na Marsu sa sastojcima koji su bili pri ruci.
Sat vremena rada - 20 minuta kisika za jednu osobu
Proizvodnja kisika s takvim instrumentom proces je u više koraka. Prvo, uvlači marsovski zrak kroz filter koji ga čisti. Ovaj pročišćeni Marsov zrak se zatim komprimira, zagrijava i šalje kroz elektrolizer krutog oksida (SOXE). Elektrolizer razdvaja ugljični dioksid na ugljični monoksid, koji se ispušta natrag u Marsovu atmosferu, i ione kisika.
Ioni kisika se zatim rekombiniraju u O2, ili molekularni kisik, kojemu se zatim mjeri količina i čistoća prije nego što se ponovno ispusti.
Znanstvenici su utvrdili da je ovaj proces pouzdano rezultirao proizvodnjom kisika koji se može disati. Nakon nekoliko sati zagrijavanja, MOXIE radi sat vremena po eksperimentu, nakon čega slijedi period isključivanja. U tom jednosatnom radu, MOXIE je dizajniran za proizvodnju do 10 grama kisika, što je dovoljno za oko 20 minuta kisika za disanje jednom astronautu.
U svakom od svojih sedam ciklusa, MOXIE je proizveo između 5,4 i 8,9 grama molekularnog kisika, što je ukupno 49,9 grama.
Rad u svim uvjetima
Budući da je temperatura i gustoća zraka na Marsu vrlo varijabilna, ne samo između dana i noći, već i tijekom godišnjih doba koje se mijenjaju, MOXIE mora moći raditi u širokom rasponu temperatura i gustoće zraka. U svojih sedam uključenja MOXIE je uspio proizvesti kisik u različitim uvjetima: danju, noću i tijekom cijele godine.
Jedina stvar koju nismo demonstrirali jest rad u zoru ili sumrak, kada se temperatura značajno mijenja. Imamo asa u rukavu koji će nam to omogućiti, a kada to testiramo u laboratoriju, možemo dostići tu posljednju prekretnicu da pokažemo da stvarno može raditi bilo kada, kaže glavni istraživač MOXIE-a Michael Hecht s MIT-ovog opservatorija Haystack.
U idealnom slučaju cilj je sustav za održavanje života koji može neprekidno raditi jer je to način na koji ljudi trebaju disati. I morat će biti puno veći od MOXIE jer mali tim astronauta, rekao je Hecht još 2021. godine, trebat će oko jedne metričke tone kisika za disanje za jednu godinu na Marsu.
A to ne uključuje kisik potreban za pogonsko gorivo za put kući, jer ukupno bi misija trebala procijenjenih 500 tona kisika, izračunao je tim.
Put prema većem sustavu za proizvodnju kisika
Ono što je tim naučio u prvoj godini rada MOXIE-ja će pomoći u razvoju ovog većeg sustava. Sljedeći eksperiment će se održati u doba godine kada je atmosfera najgušća. Zatim će, rekao je tim, gurati instrument koliko god može, kako bi pokušali proizvesti što više kisika.
Ovo neće samo pokazati za što je MOXIE sposoban, već će pokazati i njegova ograničenja, što će zauzvrat pomoći u izgradnji robusnijeg stroja za eventualnu misiju na Mars s posadom. To će riješiti značajan dio zagonetke uključene u ne samo stvaranje nastanjivog mjesta ugodnijeg za ljude, nego i osiguranje njihovog sigurnog povratka kući.
Da bismo podržali ljudsku misiju na Mars, moramo donijeti puno stvari sa Zemlje, poput računala, svemirskih odijela i staništa. Ali glupi stari kisik? Ako ga možeš proizvesti tamo, izvoli i onda si daleko u prednosti, kaže Hoffman.
Istraživanje je objavljeno u časopisu Science Advances.
Izvor: Science Alert
