جعبه‌ای به اندازه یک کیف در حال تولید اکسیژن در مریخ است

عکس غروب خورشید در مریخ که توسط مریخ‌نورد اسپیریت ناسا در سال 2005 گرفته شده است. (NASA/JPL/Texas A&M/Cornell)

اتمسفر مریخ در وضعیت کنونی خود اصلاً زمین‌پسند نیست. بسیار نازک است، بیش از 100 برابر کمتر از زمین چگالی دارد و بیشتر از دی‌اکسید کربن تشکیل شده است. هر انسانی که سعی در تنفس آن داشته باشد به زودی متوجه می‌شود که اصلاً نفس نمی‌کشد.

اما در آن دنیای غبارآلود، خشک و بیگانه، یک ابزار کوچک، کمی بزرگتر از یک کیف، به طور قابل اعتمادی اکسیژن قابل تنفس را از جو مریخ خارج می‌کند.

این اولین نمایش از پردازش منابع درجا برای استفاده انسان در سیاره دیگر است: ایجاد راهی برای تولید هوای قابل تنفس برای ماموریت انسانی به سیاره سرخ.

این آزمایش MOXIE (آزمایش استفاده از منابع اکسیژن در محل (ISRU) در مریخ) نام دارد و در زیر مریخ‌نورد پشتکار ناسا نصب شده است و از فرآیندی به نام الکترولیز برای تجزیه دی‌اکسید‌کربن مریخ به مونوکسید کربن و اکسیژن استفاده می‌کند.

به گفته محققان، بین فوریه 2021، زمانی که پشتکار فرود آمد، تا پایان سال 2021، MOXIE هفت بار اکسیژن تولید کرد و این کار را ادامه خواهد داد.

جفری هافمن، فضانورد سابق ناسا و معاون پژوهشگر MOXIE از MIT، می‌گوید: «این اولین نمایش استفاده واقعی از منابع روی سطح یک سیاره دیگر و تبدیل آنها از نظر شیمیایی به چیزی است که می‌تواند برای یک مأموریت انسانی مفید باشد. از این نظر تاریخی است».

تولید اکسیژن از طریق الکترولیز چیز جدیدی نیست. برای مثال، ایستگاه فضایی بین‌المللی از الکترولیز برای تقسیم آب به هیدروژن و اکسیژن و در نتیجه تکمیل هوای قابل تنفس خود استفاده می‌کند.

با این حال، در مریخ، اگر روش دیگری در دسترس باشد، ممکن است آب برای استفاده در این روش بسیار با ارزش باشد.

MOXIE قبل از ماموریت (NASA/JPL-Caltech)

خوشبختانه، اکسیژن جزء بسیاری از ترکیبات است، از جمله دی‌اکسیدکربن که تقریباً 96 درصد اتمسفر مریخ را تشکیل می‌دهد: مولکولی متشکل از یک کربن و دو اتم اکسیژن.

کاهش الکتروشیمیایی دی‌اکسیدکربن به عناصر تشکیل دهنده آن به خوبی مطالعه، شناخته شده و درک شده است. چالش این بود که در اینجا روی زمین، ابزاری بسازیم که بتواند این کار را در مریخ با مواد موجود در دست انجام دهد.

تولید اکسیژن توسط MOXIE یک فرآیند چند مرحله‌ای است.

ابتدا هوای مریخ را از طریق فیلتری که آن را تمیز می‌کند به داخل می‌کشد. این هوای تصفیه شده مریخ سپس فشرده، گرم می‌شود و از طریق الکترولیز اکسید جامد (SOXE) ارسال می‌شود. الکترولایزر دی‌اکسید‌کربن را به مونوکسید کربن که دوباره به جو مریخ تخلیه می‌شود و یون‌های اکسیژن تقسیم می‌کند.

سپس یون‌های اکسیژن به O2 یا اکسیژن مولکولی ترکیب می‌شوند که سپس مقدار و خلوص آن اندازه‌گیری می‌شود و سپس دوباره به بیرون تخلیه می‌شود.

دانشمندان مشخص کرده‌اند که این فرآیند به طور قابل اعتمادی منجر به تولید اکسیژن قابل تنفس شده است. پس از چندین ساعت گرم کردن، در هر آزمایش به مدت 1 ساعت و سپس یک دوره خاموش شدن ادامه می‌یابد. در این 1 ساعت کار، MOXIE برای تولید حداکثر 10 گرم – حدود 20 دقیقه اکسیژن قابل تنفس برای یک فضانورد طراحی شده است.

MOXIE در هر هفت دوره خود بین 5.4 تا 8.9 گرم اکسیژن مولکولی تولید کرد که در مجموع 49.9 گرم بود.

از آنجایی که مریخ از نظر دما و چگالی هوا بسیار متغیر است، نه فقط از روز تا شب، بلکه در فصول متغیر سال، MOXIE باید بتواند در طیف وسیعی از دما و تراکم هوا کار کند.

MOXIE در هفت دوره خود توانست در شرایط مختلف اکسیژن تولید کند: در روز، شب و در طول سال.

مایکل هچت، محقق اصلی MOXIE از رصدخانه Haystack MIT می‌گوید: «تنها چیزی که ما نشان نداده‌ایم دویدن در سپیده‌دم یا غروب است، زمانی که دما به طور قابل‌توجهی در حال تغییر است».

در حالت ایده‌آل، هدف یک سیستم پشتیبانی از زندگی است که بتواند به طور مداوم کار کند، زیرا مردم به این ترتیب نیاز به نفس کشیدن دارند. و باید بسیار بزرگتر از MOXIE باشد: هچت در سال گذشته گفت، یک تیم کوچک از فضانوردان به حدود یک تن اکسیژن قابل تنفس برای یک سال در مریخ نیاز دارند.

و این شامل اکسیژن مورد نیاز برای پیشرانه برای سفر به خانه نمی‌شود – تیم محاسبه کرد که در مجموع این ماموریت به 500 تن اکسیژن نیاز دارد.

آنچه تیم در سال اول عملیات MOXIE آموخته است، از توسعه این سیستم بزرگتر خبر می‌دهد… اما هنوز راهی برای رفتن وجود دارد.

اجرای آزمایشی بعدی در زمانی از سال که جو در متراکم ترین حالت خود است، انجام خواهد شد. سپس، تیم گفت، آنها ابزار را تا جایی که می‌تواند فشار می‌دهند تا هرچه بیشتر اکسیژن تولید کنند.

این نه تنها توانایی MOXIE، بلکه محدودیت‌های آن را نشان می‌دهد که به نوبه خود به ساخت ماشین قوی‌تری برای مأموریت خدمه نهایی به مریخ کمک می‌کند.

و این بخش قابل توجهی از معما را حل می‌کند که نه تنها یک مکان قابل سکونت را برای انسان‌ها خوشایندتر می‌کند – بلکه تضمین بازگشت امن آنها به خانه را نیز حل می‌کند.

هافمن می‌گوید: «برای حمایت از مأموریت انسانی به مریخ، ما باید چیزهای زیادی را از زمین بیاوریم، مانند: رایانه‌ها، لباس‌های فضایی و زیستگاه‌ها».

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

A Briefcase-Sized Box Is Already Making Oxygen on Mars

01 September 2022

By MICHELLE STARR

https://www.sciencealert.com/a-briefcase-sized-box-is-already-making-oxygen-on-mars