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 1339天前
在2021年2月到達火星后，美國宇航局的恒心漫游者取得了多項突破性成就。 4月初，Ingenuity直升機成為歷史上第一架在另一個星球上進行受控飛行的飛機，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)場資源利用實驗”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噴氣推進實驗室的技術(shù)人員將MOXIE放到恒心漫游車的腹部。
圖片由NASA / JPL-Caltech提供。
NASA最新的六輪機器人在火星表面遇到了一個敵對的棲息地。盡管像地球一樣充滿了云層和陣風，但大氣層卻缺乏堅固的臭氧層，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劃繼續(xù)前進的過程中。
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)過兩個小時的現(xiàn)場預(yù)熱后，MOXIE開始以每小時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。運行一個小時后，產(chǎn)生的氧氣總量約為5.4克，足以使宇航員保持正?；顒咏昼姷慕】禒顟B(tài)。
經(jīng)過兩個小時的預(yù)熱，MOXIE開始以每小時6克的速度產(chǎn)生氧氣。圖片由麻省理工學院的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。火箭需要在沒有氧氣的太空中運轉(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，麻省理工學院（MIT）的Haystack天文臺的Michael Hecht說。
盡管如此，從地球向火星運送55,000磅的氧氣仍然是一項艱巨的任務(wù)。如果未來的勘探者將依靠在火星上生產(chǎn)推進劑來回家，那么尋找一種可持續(xù)，低成本，高效的方法將當?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，盡管遠不及火箭起飛。赫希特（Hecht）估計，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“科幻小說成為科學事實”鋪平道路。這項技術(shù)演示旨在確保該儀器能夠幸免于從地球發(fā)射，經(jīng)過近七個月的深空旅行以及通過恒心達到地面的情況。預(yù)計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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