NASA開發(fā)帶有3D打印零件的儀器MOXIE，可在火星上制造氧氣

魔猴君  行業(yè)資訊   1279天前

在2021年2月到達(dá)火星后，美國宇航局的恒心漫游者取得了多項(xiàng)突破性成就。 4月初，Ingenuity直升機(jī)成為歷史上第一架在另一個(gè)星球上進(jìn)行受控飛行的飛機(jī)，兩次在Jezero Crater上空盤旋。此后不久，即4月21日，MOXIE來了，這款新穎的儀器帶有3D打印部件，是“火星氧氣現(xiàn)場資源利用實(shí)驗(yàn)”的縮寫，該儀器首次將火星稀薄且富含二氧化碳的大氣層轉(zhuǎn)化為氧氣。與火星的科幻小說完全不同的是，這項(xiàng)技術(shù)可以利用現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的大量元素幫助未來的任務(wù)在地球以外的環(huán)境中生存。

MOXIE被安裝在漫游者車上：NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)人員將MOXIE放到恒心漫游車的腹部。

圖片由NASA / JPL-Caltech提供。

NASA最新的六輪機(jī)器人在火星表面遇到了一個(gè)敵對的棲息地。盡管像地球一樣充滿了云層和陣風(fēng)，但大氣層卻缺乏堅(jiān)固的臭氧層，因此表面會受到紫外線輻射。此外，火星含有大量的二氧化碳（96％）和很少的氧氣，含量不到1％。像MOXIE這樣的制氧機(jī)可以在其他行星上蓬勃發(fā)展，演變成更大，更高效的平臺，從而使宇航員能夠創(chuàng)造自己的空氣進(jìn)行呼吸，并提供氧氣來燃燒將人類送回地球所需的火箭燃料。

MOXIE是一款具有耐火材料的烤面包機(jī)大小的設(shè)備，具有持久性，可以承受大約1470華氏度（800攝氏度）的溫度，這是轉(zhuǎn)換過程成功的前提。它由3D打印的鎳合金部件制成，該部件可加熱和冷卻流經(jīng)其中的氣體，并且輕巧的氣凝膠有助于保持熱量。 MOXIE外部的薄金涂層反射紅外熱，防止其向外輻射，并可能損害恒心的其他部分。

美國國家航空航天局（NASA）太空技術(shù)任務(wù)局（STMD）的副局長吉姆·路特（Jim Reuter）將這項(xiàng)成就描述為“在火星上將二氧化碳轉(zhuǎn)化為氧氣的關(guān)鍵的第一步”。盡管MOXIE仍然有大量工作要做，但Reuter表示，這項(xiàng)技術(shù)演示的結(jié)果提供了很大的希望，尤其是在火星載人飛行計(jì)劃繼續(xù)前進(jìn)的過程中。

為了執(zhí)行關(guān)鍵過程，MOXIE基本上從火星大氣中吸收二氧化碳，然后電化學(xué)分解二氧化碳分子以產(chǎn)生純氧，將其與一氧化碳分離，其過程等同于反向運(yùn)行燃料電池。分析氧氣的純度，然后將其與一氧化碳和其他排氣產(chǎn)品一起排放到火星大氣中。

經(jīng)過兩個(gè)小時(shí)的現(xiàn)場預(yù)熱后，MOXIE開始以每小時(shí)6克的速度生產(chǎn)氧氣。在評估儀器狀態(tài)的過程中減少了兩次。運(yùn)行一個(gè)小時(shí)后，產(chǎn)生的氧氣總量約為5.4克，足以使宇航員保持正常活動(dòng)近十分鐘的健康狀態(tài)。

經(jīng)過兩個(gè)小時(shí)的預(yù)熱，MOXIE開始以每小時(shí)6克的速度產(chǎn)生氧氣。圖片由麻省理工學(xué)院的Haystack天文臺提供。

對于火箭和宇航員來說，氧氣是關(guān)鍵，因此，通過將氧氣原子與二氧化碳分子分離，MOXIE可確保產(chǎn)生氧氣?；鸺枰跊]有氧氣的太空中運(yùn)轉(zhuǎn)，這意味著他們不僅需要攜帶燃料，還需要攜帶自己的氧氣。要燃燒燃料，火箭必須按重量增加氧氣，如果要在未來的任務(wù)中讓四名宇航員離開火星表面，將需要大約15,000磅的火箭燃料和55,000磅的氧氣， MOXIE的首席研究員，麻省理工學(xué)院（MIT）的Haystack天文臺的Michael Hecht說。

盡管如此，從地球向火星運(yùn)送55,000磅的氧氣仍然是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。如果未來的勘探者將依靠在火星上生產(chǎn)推進(jìn)劑來回家，那么尋找一種可持續(xù)，低成本，高效的方法將當(dāng)?shù)刭Y源轉(zhuǎn)化為氧氣將對任何任務(wù)的成功至關(guān)重要。在火星上生活和工作的宇航員也需要氧氣才能呼吸，盡管遠(yuǎn)不及火箭起飛。赫希特（Hecht）估計(jì)，在地面上呆了一年的宇航員之間將使用一噸的重量。相比之下，地球上的人類每年呼吸約740公斤氧氣。

毅力號首航Navcam視圖。圖片由NASA / JPL-Caltech提供。

NASA宣稱，盡管技術(shù)演示才剛剛開始，但MOXIE可以為“科幻小說成為科學(xué)事實(shí)”鋪平道路。這項(xiàng)技術(shù)演示旨在確保該儀器能夠幸免于從地球發(fā)射，經(jīng)過近七個(gè)月的深空旅行以及通過恒心達(dá)到地面的情況。預(yù)計(jì)MOXIE在火星年（火星上將近兩年）的過程中將至少再提取9次氧氣。

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