Новый космический рубеж: прямо на Марсе впервые создан кислород
В результате небольшого эксперимента НАСА в 2021 году на поверхности Красной планеты удалось получить кислород, пригодный для дыхания.
Прибор на борту марсохода Perseverance в течение 100 минут преобразовывал углекислый газ, составляющий примерно 96% атмосферы Марса, в живительный кислород.
С февраля 2021 года устройство запускали семь раз, каждый раз производя около шести граммов кислорода в час. Это сравнимо с количеством кислорода, которое вырабатывает небольшое земное деревце.
Эксперимент носит название MOXIE, что можно расшифровать как "эксперимент по использованию ресурсов кислорода на Марсе".
Почему о первых успехах по выработке кислорода учёные не сообщили сразу же? Учёным требовалось тщательно проверить данные, прежде чем сообщать о достижении. Кроме того, аппаратуру нужно было протестировать в самых разных условиях.
Результат недавнего эксперимента играет огромную роль в подготовке человечества к колонизации других планет.
Ведь для полёта человека на Марс (и безопасного его там пребывания) первостепенную важность представляет наличие кислорода для дыхания. А если исследователи не смогут производить свой собственный кислород на Марсе, поставки с Земли займут на космическом корабле место, которого и так критически мало.
"Это первая демонстрация фактического использования ресурсов на поверхности другого планетарного тела и их химического превращения во что-то, что будет полезно для человеческой миссии, — заявил заместитель главного исследователя MOXIE Джеффри Хоффман из Массачусетского технологического института, бывший астронавт НАСА. — В таком смысле это историческое событие".
MOXIE производит кислород с помощью электролиза, и этот метод сам по себе не является новым. Международная космическая станция, например, использует электролиз для расщепления воды на водород и кислород, тем самым пополняя запасы воздуха для дыхания космонавтов.
Однако тратить бесценные запасы воды на Марсе таким образом было бы крайне недальновидно. Особенно когда существует другой доступный метод для получения кислорода.
Напомним, что кислород входит в состав многих химических соединений, включая углекислый газ. Его молекула состоит из одного атома углерода и двух атомов кислорода, которые можно выделить и преобразовать в газ для дыхания.
Производство кислорода MOXIE представляет собой многоэтапный процесс.
Сначала он всасывает марсианский "воздух" через фильтр, очищающий его. Затем очищенный "воздух" сжимается, нагревается и проходит через электролизер твёрдых оксидов (SOXE). Электролизер расщепляет углекислый газ на монооксид углерода (угарный газ), который выбрасывается обратно в марсианскую атмосферу, и ионы кислорода.
Затем ионы кислорода рекомбинируют в O2, или молекулярный кислород, количество и чистоту которого прибор контролирует, прежде чем выпустить в атмосферу Марса.
После нескольких часов прогрева MOXIE работает в течение 1 часа на каждый эксперимент. Потом следует период выключения. За один час работы MOXIE производил до 10 граммов кислорода. Этого количества хватит для дыхания одного космонавта в течение примерно 20 минут.
В каждом из семи запусков MOXIE произвёл от 5,4 до 8,9 грамма молекулярного кислорода, всего 49,9 грамма.
Конечно, воздух, которым мы дышим на Земле, состоит не только из кислорода, однако кислород является ключевым газом для дыхания.
Работоспособность MOXIE была испытана в различных условиях на Марсе: как днём, так и ночью, и в течение всех четырёх времён года. Плотность и температура воздуха на Марсе значительно меняются в течение суток и смены сезонов, поэтому прибор должен уметь подстраиваться под изменяющиеся условия.
Исследователи ожидают, что если увеличить прибор примерно в 100 раз, он потенциально сможет обеспечивать кислородом будущих колонистов Красной планеты.
Кроме того, продукты MOXIE также можно использовать в качестве ингредиента для ракетного топлива, что очень важно для возвращения миссии обратно на Землю. Правда, ракете потребуется от 33 до 50 тонн жидкого кислородного топлива, чтобы вернуть людей с Марса.
Для этого одному MOXIE, даже увеличенному в 100 раз, (а сейчас он весит 17 килограммов) придётся проработать бесперебойно несколько земных лет.
Несмотря на то, что полученные результаты представляют собой доказательство работоспособности концепции и приближают людей к заветной цели — терраформированию других планет, важно не забывать и об отдалённых последствиях таких начинаний.
Прибор забирает из марсианской атмосферы углекислый газ, а возвращает в неё угарный газ и кислород. В то время как кислород жизненно необходим, угарный газ смертельно опасен для живых организмов.
Сегодня на Марсе никто не пострадает от повышения концентрации угарного газа в атмосфере, тем более с учётом объёма такого "производства". Атмосфера Марса и без того непригодна для дыхания. Однако рост колоний в далёком будущем поставит перед учёными задачи, которые они при поддержке населения сегодня пытаются решить на Земле: как избавить воздух от вредных продуктов человеческой деятельности.
Мы рассчитываем на то, что исследователи уже сегодня не упускают из виду эти отдалённые последствия. Если мы хотим сделать из Марса вторую Землю, стоит избегать однажды совершённых ошибок.
Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе "Наука" на медиаплатформе "Смотрим".