MOXIE (Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment) — марсианский эксперимент с кислородом, технологический демонстратор для проверки возможности выработки кислорода из атмосферы Марса[1], установленный на марсоходе «Персеверанс». Кислород потребуется в будущих пилотируемых миссиях для использования в качестве топлива и для дыхания астронавтов, для независимости миссий от поставок кислорода с Земли.

MOXIE является одним из многих экспериментов НАСА по использованию ресурсов на месте (ISRU) и первым, проводимым в реальных условиях непосредственно на Марсе.

Прибор разработан под руководством Майкла Хехта в Массачусетском технологическом институте[2].

ЦелиПравить

Целью MOXIE является проверка возможности выработки кислорода из марсианской атмосферы, состоящей на 96 % из диоксида углерода. Проверка должна проводиться не менее 10 раз в разное время суток и разное время года при среднем атмосферном давлении 5 мм рт.ст. и средней для кратера «Езеро» температуре 0°C. Предполагается выработка до 10 грамм кислорода в час с чистотой 98 %[3]. В случае успеха эксперимента появится возможность создания крупной установки с небольшой электростанцией, которая сможет вырабатывать не менее двух килограммов кислорода в час для обеспечения жизнедеятельности астронавтов на Марсе.

Устройство и принцип работыПравить

Общая масса прибора составляет 17,1 кг, размеры — 23,9×23,9×30,9 см, энергопотребление — 300 Вт; прибор работоспособен при давлении от 2 до 12 мм рт.ст.

MOXIE извлекает кислород из атмосферы при помощи твёрдооксидного электролиза.

Цикл производства кислорода начинается с работы воздушного компрессора и противопылевых фильтров, через которые марсианский воздух попадет в компрессор. В MOXIE используется компрессор спирального типа, в котором два спиральных элемента соединены в единую систему. Задача компрессора — увеличивать давление всасываемого воздуха до земного (атмосфера Марса примерно в 100 раз более разреженная, чем земная, а среднее атмосферное давление в 700—800 раз ниже) и направлять его в блок напечатанных на 3D-принтере[4] теплообменников. В них сжатый до плотности земной атмосферы марсианский воздух нагревается до температуры порядка 800°C, что необходимо для электролиза твёрдых оксидов. Затем электролизные ячейки с твёрдым оксидом (состоят из оксида циркония, стабилизированного небольшим количеством скандия — материал известен как ScSZ) расщепляют углекислый газ, забирая из него один атом кислорода. Побочный продукт реакции — угарный газ — выделяется обратно в атмосферу планеты[5][6].

Высокая температура газа в теплообменниках достигается электронагревом. MOXIE потребляет энергии больше, чем вырабатывает РИТЭГ марсохода (300 Вт против 110 Вт). В целях предотвращения расплавления и корродирования соседних приборов марсохода MOXIE заключён в оболочку из алюминиевого сплава, покрытого золотом.

По оценкам разработчиков, в течение ближайших двух лет прибор проработает в общей сложности около 10 часов[7]. Вся серия экспериментов поделена на три этапа. На первом этапе будет проверяться функционирование прибора, на втором этапе прибор будет работать в различных атмосферных условиях, например, в разное время суток и в разные сезоны. На третьем этапе будут комбинироваться режимы работы и проводиться эксперименты по работоспособности прибора при различных температурах. Состав требуемых данных связан с особенностями погоды на Марсе: значительные суточные колебания температуры, резкие перепады давления, связанные с пылевыми бурями и сменами сезонов года. Такие условия приводят к необходимости проведения испытаний в течение всего марсианского года (два земных года). Полученные данные в конечном итоге будут использоваться при проектировании и разработке будущих систем, которые будут способны генерировать кислород вне зависимости от погодных условий.

РезультатыПравить

 
Первый тест MOXIE по производству кислорода из марсианской атмосферы, 20 апреля 2021 года
  • 20 апреля 2021 года, на 60-й сол марсохода, прибор успешно провёл свой первый рабочий цикл по производству кислорода. Вначале MOXIE прогревался до нужных температур в течение двух часов, затем начал генерировать кислород с производительностью шесть грамм в час, а через некоторое время снизил темп работы для оценки своего состояния. За час работы общее количество произведенного кислорода составило 5,37 грамма, чего достаточно, чтобы обеспечить человека кислородом на десять минут[8][9].

Развитие проектаПравить

Полноценный преобразователь углекислого газа в кислород, пригодный для использования человеком во время марсианской экспедиции, должен быть примерно в 100 раз больше MOXIE, производить в 200 раз больше кислорода (2-3 кг в час), работать 10 тыс. часов и весить 1000 кг. По оценкам НАСА, экипажу из 4 человек потребуется 1 тонна кислорода на 1 год для дыхания и 25 тонн кислорода в качестве окислителя ракетного топлива[10].

См. такжеПравить

ПримечанияПравить