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标题: 历史性的突破：在火星上制造氧气 [打印本页]

作者: 亘古不变 时间: 2022-12-4 09:42
标题: 历史性的突破：在火星上制造氧气

在间隔地球近1.5亿千米的那颗尘土飞扬的赤色星球的外貌，一个只有饭盒大小的仪器，正在证实它能够可靠地完成一棵树的工作，那就是制造氧气。
自2021年4月以来，也就是MOXIE（火星氧气原位资源使用实行）作为“毅力号”火星车的一部门降落到火星外貌两个月之后，它一直使用火星富含二氧化碳的大气中制造氧气。

毅力号上的科学仪器。右下角示意图中黄色部门便是MOXIE。（图／NASA）

在发表在《科学希望》上的一篇论文中，研究人员陈诉，到2021年底，MOXIE在各种大气条件下，包括在白天和晚上，以及在不同的火星季候，进行了7次实行性的氧气生产。在每次运行中，仪器都到达了每小时生产约6克氧气的目的，大约相当于地球上一棵小树的制氧速率。

用火星空气制氧
如今版本的MOXIE设计得很小，质量不到20千克，以便它被安装在毅力号上。

洁净室里的MOXIE。（图／NASA/JPL-Caltech）

只管如今的设计存在一些须要的妥协，但这台仪器已经表明，它能可靠且有效地将火星大气转化为纯氧。
它的做法是，首先通过一个过滤器，将火星空气吸入，扫除此中的污染物。然后空气被加压，并被送入固体氧化物电解槽（SOXE），通过电化学方法将富含二氧化碳的空气分解成氧离子和一氧化碳。
接下来，氧离子被分离并重新组合，形成可供呼吸的分子氧。MOXIE会测量分子氧的生成量和纯度，然后将它与一氧化碳和其他大气气体一起无害地释放回空气中。
如今，MOXIE仅需满意短期运行。根据研究团队安排的探测时间表，它在每次运行的前后都会启动和关闭。
自2021年2月着陆以来，MOXIE的工程师在一个火星年中启动了7次仪器，每次都必要几个小时来预热，然后再花一个小时来制造氧气，末了再关闭电源。
每次运行被安排在白天或晚上的不同时间，以及不同的季候，以便观察MOXIE是否能适应这个星球大气条件的各种变化。这是因为，火星的大气比地球的要多变得多。空气密度在一年中可以产生大约2倍的差别，温度也会有数十度乃至更高的波动。

毅力号着陆点的大气密度变化猜测。（图／Hoffman, J. A. et al., 2022）

到如今为止，MOXIE已经证实，它险些可以在火星一年里的任何季候、一天中的任何时间制造氧气。团队唯一还没有证实的是，仪器在黎明或薄暮时运行的状况，这两个时段温度正在发生明显变化。他们有信心可以做到这一点，一旦实行室测试完成后，就可以到达末了这个里程碑。

迈出的第一步
随着MOXIE继续在火星上制造氧气，工程师正计划提高它的能力，增长产量，特殊是在火星的春季，当大气密度和二氧化碳水平较高时。
下一次运行将被安排在火星一年中密度最高的时候。团队会把一切都设置得尽可能高，并让它尽可能长时间地运行。
同时，他们还将监测这一系统的磨损迹象。由于每次运行都必要开启和关闭，这有可能让系统退化。
MOXIE只是一个测试模子，研究人员设想，它的放大版可以在人类任务之前被送往火星，而且最好可以连续运行，以几百棵树的制氧速率连续生产氧气。
在这种能力下，这个系统应产生足够的氧气，能维持人类到达后的生存，并为火箭提供燃料，让航天员返回地球。到如今为止，MOXIE的稳固输出是朝着这个目的迈出的有希望的第一步。
MOXIE在火星上生产氧气也代表了“原位资源使用”的首次展示，这种想法其实就是，收集并使用一颗星球上的材料（对MOXIE而言就是火星上的二氧化碳），来制造出本来不得不从地球上运输来的资源（氧气）。
也就是说，这是第一次实际使用另一颗行星外貌的资源，并使用化学转化为对人类任务有效的东西。从这个意义上说，这项实行是历史性的。
<hr>参考泉源：
https://news.mit.edu/2022/moxie-oxygen-mars-0831
https://mars.nasa.gov/mars2020/spacecraft/instruments/moxie/
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abp8636
封面图/首图：NASA/JPL-Caltech

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