Эксперимент MOXIE, установленный на ровере Perseverance, успешно завершил свою научную программу на Марсе. Этот прибор представляет собой демонстрационную технологию, предназначенную для производства кислорода из марсианской атмосферы, в основном состоящей из углекислого газа. MOXIE значительно превзошел установленный минимальный порог производительности, продемонстрировав потенциально надежный метод получения воздуха для будущих колонистов.
Марсоход функционирует без перерывов уже два с половиной года Perseverance несет на борту не только инструменты для поиска следов внеземной жизни. Одна из четырех его главных задач — проверить ключевую технологию, необходимую для колонизации Марса.
Чтобы избежать транспортировки всего необходимого кислорода, перспективные миссии на Красную планету должны предусматривать его производство непосредственно на месте. Для этого марсоход был оборудован устройством Эксперимент по использованию местных ресурсов Марса для получения кислорода (MOXIE).
В прошлую среду Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства США ( NASA) отчиталось об успешном выполнении этой задачи. Устройство MOXIE в 16-й раз включилось 7 августа, выработав 9,8 грамма кислорода. Всего за время, прошедшее с посадки марсохода и начала его полноценного функционирования, прибор произвел 122 грамма кислорода.
Для поддержания жизнедеятельности небольшой собаки этого объема кислорода хватит на десять часов. Взрослому человеку, находящемуся в состоянии покоя, его хватит примерно на три с половиной часа.
Уровень, который экспериментальная группа определила как критерий успеха MOXIE, — шесть граммов кислорода в час. Эта величина была превышена вдвое, что обеспечило достижение максимальной производительности устройства. Более высокая эффективность теоретически возможна, однако ее реализация ограничена энергосистемой марсохода. В пике MOXIE потребляет 300 ватт электроэнергии, которые ровер вынужден предварительно запасать в аккумуляторе, так как электрическая мощность радиоизотопного генератора Perseverance составляла 110 ватт на момент запуска и с тех пор только уменьшается.
Для выработки кислорода в MOXIE используется процесс высокотемпературного электролиза. Забортный воздух, состоящий на 95 процентов из углекислого газа (остальное — азот и аргон), проходит через фильтр для очистки от пыли. Далее с помощью спирального компрессора его давление повышается до земного.
Последующий этап предполагает нагрев газов до температуры около 800 градусов Цельсия и их подачу в электролизные ячейки. В этих условиях, благодаря термическому разложению и электрокатализу, молекулы углекислого газа распадаются, теряя по одному атому кислорода и превращаясь в молекулы угарного газа.
Ионы кислорода, получившие электроны от катода, вступают во взаимодействие с керамическими пластинами, изготовленными из стабилизированных скандием оксидов циркония и иттрия. Данный вид керамики характеризуется способностью к ионной проводимости кислорода. Эти ионы затем мигрируют через пластины к аноду, где объединяются в молекулярный кислород. Полученный газ подвергается проверке на чистоту (требуется не менее 98 процентов), после чего вместе с остатками CO2 и CO выбрасывается обратно в атмосферу.
Успех MOXIE по праву можно считать важнейшей вехой в развитии технологий освоения других небесных тел. Это первый в истории эксперимент по выработке необходимых для жизнедеятельности человека ресурсов на другой планете. Кислород потребуется будущим колонистам не только для дыхания. Это также окислитель для ракет на обратную дорогу домой.
Результаты работы MOXIE позволят повысить эффективность используемого технологического процесса и разработать полноразмерную систему обеспечения. По плану следующая установка уже должна производить не менее двух килограммов кислорода в час, потребляя 25-30 киловатт электроэнергии. После выработки кислород, естественно, будет не выбрасываться обратно в атмосферу, а храниться в жидком виде.