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恒心漫游者如何在火星上制造氧气
2021年05月20日    阅读量:3902    新闻来源:中国风格网 stylechina.com  |  投稿

NASA在火星表面上最新推出的六轮机器人“毅力”的不断增长的清单包括将红色星球稀薄且富含二氧化碳的大气转化为氧气。坚韧不拔的烤箱大小的实验仪器称为火星氧气现场资源利用实验(MOXIE)完成了这项任务。自从任务于2月18日登陆以来,该测试于4月20日(火星形成的第60天)进行。


在技??术演示刚刚开始时,它可以为科幻小说成为科学事实铺平道路-在火星上隔离并储存氧气,以帮助向火箭发射动力,从而将宇航员从地球表面抬起。这样的设备还可能有一天为宇航员自己提供呼吸空气。MOXIE是一项探索技术调查,与火星环境动力学分析仪(MEDA)气象站一样,是由NASA太空技术任务局(STMD)和人类探索与行动任务局赞助的。


“这是在火星上将二氧化碳转化为氧气的关键的第一步,” STMD的副主任吉姆·路特(Jim Reuter)说。“ MOXIE还有很多工作要做,但是随着我们朝着有一天在火星上见到人类这一目标迈进,这项技术演示的结果充满了希望。氧气不仅仅是我们呼吸的东西。火箭推进剂依靠氧气,未来的探险家将依靠在火星上生产推进剂来回家。”


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对于火箭或宇航员来说,氧气是关键,MOXIE的主要研究人员是麻省理工学院干草堆天文台的迈克尔·赫希特(Michael Hecht)说。


为了燃烧燃料,火箭必须含有更多重量的氧气。如果要在未来的任务中让四名宇航员离开火星表面,将需要大约15,000磅(7公吨)的火箭燃料和55,000磅(25公吨)的氧气。相反,在火星上生活和工作的宇航员呼吸所需的氧气要少得多。赫希特说:“在地面上呆了一年的宇航员之间可能会使用一公吨。”


从地球向火星运送25公吨氧气将是一项艰巨的任务。运输一吨重的氧气转换器(可以生产25吨重的MOXIE的更大,功能更强大的后代)将更加经济实用。


火星的大气层是96%的二氧化碳。MOXIE的工作原理是将二氧化碳分子中的一个氧原子与一个碳原子和两个氧原子组成的分子分开。一氧化碳的废物被排放到火星大气中。


MOXIE恒心漫游者

组成MOXIE的某些组件。


转换过程需要大量的热量才能达到约1,470华氏度(800摄氏度)的温度。为了适应这种情况,MOXIE单元由耐热材料制成。其中包括3D打印的镍合金零件,用于加热和冷却流经其中的气体,以及有助于保持热量的轻质气凝胶。MOXIE外部的薄金涂层反射红外热,防止其向外辐射,并可能损害恒心的其他部分。


在第一次操作中,MOXIE的氧气产生量非常小-约5克,相当于一名宇航员价值约10分钟的呼吸氧气。MOXIE旨在每小时产生多达10克的氧气。


这项技术演示的目的是确保该仪器能够幸免于从地球发射升空,经过近七个月的深空飞行历程以及2月18日以恒心着陆的情况。MOXIE预计在整个过程中将至少再抽9次氧气。火星年(地球上将近两年)。


这些氧气生产过程将分为三个阶段。第一阶段将检出并表征仪器的功能,而第二阶段将在变化的大气条件下(例如,一天中的不同时间和季节)运行该仪器。在第三阶段中,赫希特说:“我们将挑战极限” –尝试新的运行模式,或引入“新的皱纹,例如我们在三个或更多不同温度下比较运行的运行。”


MOXIE恒心漫游者

在2小时的预热期后,MOXIE开始以每小时6克的速度产生氧气。为了评估仪器的状态,在运行期间将其减少了两次(标记为“当前扫描”)。运行一个小时后,产生的氧气总量约为5.4克,足以使宇航员保持正常活动约10分钟即可保持健康。| 图片来源:麻省理工学院干草堆天文台


STMD的技术演示主管Trudy Kortes说:“ MOXIE不仅是在另一个世界上产生氧气的第一台仪器。” 这是同类中的第一项技术,它将利用另一个世界环境的要素(也称为现场资源利用)来帮助未来的任务“在陆地上生活”。


她说:“它吸收的是在地面上发现的物质,即碎石,然后将其通过加工厂,使其变成大型结构,或者吸收二氧化碳(占大气中的大部分)并将其转化为氧气。” “这个过程使我们能够将这些丰富的材料转化为有用的东西:推进剂,可呼吸的空气,或者与氢,水结合在一起。”


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