Международная группа учёных создала метод получения кислорода на Марсе из атмосферных газов с помощью холодной плазмы. Эта технология может быть важна для создания систем жизнеобеспечения человека, так как позволяет производить много кислорода для дыхания, ракетного топлива, удобрений и строительных материалов при малом весе оборудования.
Космические программы, направленные на научное изучение и колонизацию Луны и Марса, всё чаще ставят перед собой амбициозные задачи. Миссия NASA Artemis III станет важным ориентиром — в 2024 году должна произойти высадка людей на поверхность Луны впервые за последние пятьдесят лет. Среди её долгосрочных целей — устойчивое присутствие человека на земном спутнике или его орбите и использование полученных знаний для отправки людей на Марс.
Использование ресурсов на месте, например, сбор и переработка материалов на Марсе для обеспечения жизнедеятельности человека, имеет решающее значение для реализации этих планов. Получение кислорода из атмосферы или реголита Красной планеты проще, дешевле и безопаснее, чем доставка его с Земли. Кислород необходим не только для дыхания астронавтов, но и как компонент ракетного топлива.
Группа учёных из Португалии, Франции, США и Нидерландов предложила новый способ производства кислорода на Марсе. опубликованной в журнале Journal of Applied Physics.
Холодная плазмаЭто высокореактивная газовая среда, создаваемая и поддерживаемая электрическими разрядами. В ней взаимодействуют свободные высокоэнергетические электроны и относительно холодные неионизованные молекулы газа. В отличие от обычной плазмы (например, звезд), состоящей из электронов и заряженных ионов, этот вид плазмы называют холодной или нетепловой. Получают его при температурах близких к комнатной, вместо нескольких тысяч градусов, свойственных обычной (тепловой либо горячей) плазме.
Авторы новой работы стремятся получить кислород из углекислого газа марсианской атмосферы (его там более 95 процентов), используя свободные электроны холодной плазмы без нагрева. Кислород, полученный таким способом, необходимо отфильтровать с помощью проводящих мембран для последующего использования в дыхании, производстве ракетного топлива, удобрений и строительных материалов.
Исследователи отмечают следующие сильные стороны новой плазменной технологии: компактность, масштабируемость, надежность, универсальность и отсутствие необходимости в дорогих материалах. В отличие от других методов получения кислорода, этот метод идеально подходит для работы с непостоянными источниками энергии (например, солнечными батареями) и при пониженном давлении, характерном для Марса. Это делает его более предпочтительным по сравнению с твердооксидным электролизом, используемым в аппарате MOXIE на марсохода Perseverance.
Ученые провели два эксперимента для проверки функционирования технологии. Эксперименты проходили в Лаборатории физики плазмы Политехнической школы во Франции и Голландском институте фундаментальных энергетических исследований в Нидерландах.
В первом испытании эффективность экспериментальной установки проверяли при низких температурах (средняя температура на поверхности Марса — минус 60 градусов Цельсия), во втором — при пониженном марсианском давлении (примерно в 100 раз меньше, чем на Земле).
Испытания выявили, что образец в обоих вариантах трансформировал до трети углекислого газа в кислород, что оценивается как весьма высокий показатель. Создатели проекта уверены, что это лишь первый шаг в развитии технологии. В дальнейшем, дорабатывая модели холодной плазмы и проводящих мембран, а также улучшая конструкцию и работу образца, можно получить еще более значительные результаты.