今日消息 具有历史意义的“火星实验”以1棵地球树的速度生产氧气
据CNET报道,当美国宇航局(NASA)的机器人“毅力号”探测器去年向火星发射时,它带来了一个叫做“火星氧气原位资源利用实验”(MOXIE)的金色小盒子。从那时起,MOXIE一直在从稀薄的火星空气中制造氧气。
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而根据周三发表在《科学进展》杂志上的一项研究,这个装置背后的团队证实,MOXIE一直工作得很好,事实上,它的氧气产出率与一棵普通地球树的产出率相当。
到2021年底,大量的数据显示,MOXIE在七个独立的实验运行中,以及在各种大气条件下,成功地达到了每小时6克的氧气目标输出。这包括白天和夜晚,不同的火星季节和其他类似的情况。
麻省理工学院海斯塔克天文台MOXIE任务的主要研究人员Michael Hecht在一份新闻稿中说:“我们唯一没有证明的是在黎明或黄昏时分运行,当时温度正在发生重大变化。我们确实有一张王牌,可以让我们做到这一点,一旦我们在实验室里进行测试,我们就可以达到最后一个里程碑,表明我们真的可以随时运行。”
对于科学家和航天机构来说,MOXIE的承诺尤其令人振奋,因为提议的宇航员火星探险的时间表,对于学习如何保证未来红色星球太空探险者的安全来说,期限迫在眉睫。
例如,SpaceX首席执行官埃隆-马斯克的人类登陆火星的目标似乎是2029年,而NASA自己即将进行的Artemis I 登月任务是为了给计划在2030年代或2040年代进行的火星考察铺平道路。MOXIE副首席研究员、麻省理工学院教授Jeffrey Hoffman在一份新闻稿中说:“为了支持人类的火星任务,我们必须从地球上带来很多东西,如计算机、宇航服和栖息地。但是糟糕的旧氧气?如果你能做到这一点,那就去做吧 -- 你已经领先于游戏了。”
就目前而言,MOXIE是超级小的(它基本上只有一个烤面包机大小),但这有可能是一件好事。这意味着,如果科学家们能够以某种方式扩大图案立方体的尺寸,MOXIE可以每小时制造的氧气远远超过6克。
Hecht说:“我们已经学到了大量的知识,这将为未来更大规模的系统提供参考。”
研究人员表示,也许有一天,它最终可以以几百棵树的速度生产氧气,从而在宇航员到达火星后维持他们的生命,并为需要这种生命元素的火箭提供燃料,将船员带回地球。
Hecht在去年NASA的一份新闻稿中说:“宇航员如果在火星表面呆上一年,他们之间可能会使用一吨。但是,根据航天局的说法,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(约7吨)的火箭燃料和55000磅(约25吨)的氧气。从地球上带来所有这些氧气将是超级昂贵和低效的。”
因此,正如霍夫曼所说,为什么不直接在干旱的星球上制造所有的氧气呢?
MOXIE是如何工作的?
在火星上,MOXIE正在积极地将火星大气中的二氧化碳--该元素占了高达96%--转化为可呼吸的氧气。
一个小小的化学常识是,二氧化碳分子是由一个碳原子和两个氧原子组成的。但是MOXIE中的一个仪器,称为固体氧化物电解器,可以在科学家感兴趣的那些二氧化碳分子中收获氧气位。一旦完成,所有自由漂浮的氧气颗粒就会重新组合成O2,也就是有两个氧原子的分子,也就是我们所知道和喜爱的那种氧气。
Hoffman说:“这是第一次展示实际利用另一个行星体表面的资源,并将其化学地转化为对人类任务有用的东西。从这个意义上说,它是历史性的。”
在这个过程中,需要使用超高的热量--达到大约1470华氏度(800摄氏度)的温度--这也是让MOXIE拥有独特的金色涂层的迷人原因。
就像NASA开创性的詹姆斯-韦伯太空望远镜(JWST)一样,MOXIE必须被遮挡住红外线的热量,因为它本身就是用热来操作的。金色涂层正是这样做的,事实上,JWST的反射镜也因为这个原因而涂有金色涂层。
接下来,MOXIE团队打算证明MOXIE在更密集的条件下工作得很好,比如即将到来的下一次运行,将在“一年中密度最高的时候”发生。Hecht说:“我们将把一切都设置得尽可能高,并让它尽可能长时间地运行。”
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