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人类火星生存不再是科幻 NASA“毅力号”产出第一批氧气

NASA喷气推进实验室的技术人员将火星氧原位资源利用实验(MOXIE)仪器放入火星车腹部。图片来源:NASA喷气推进实验室—加州理工学院

美国国家航空航天局(NASA)的“毅力”号火星探测器创造了诸多“第一次”,近日,它又首次将火星稀薄、富含二氧化碳的大气转化为氧气。

据NASA报道,该项任务由搭载于“毅力”号上、只有烤面包机大小的科学仪器——火星氧原位资源利用实验(MOXIE)仪器完成。

MOXIE同火星环境动力学分析仪(MEDA)一样,是由NASA空间技术任务理事会(STMD)和人类探索和行动任务理事会赞助的一个技术探索调查项目。

“这是在火星上将二氧化碳转化为氧气迈出的关键的第一步。”STMD副会长Jim Reuter说,MOXIE还有更多的工作要做,“但这项技术此次试验的结果充满了希望,因为我们正朝着有朝一日在火星上看到人类的目标迈进。”

Reuter指出,氧气不仅仅能供人类呼吸,火箭推进剂也依赖氧气,未来的火星探索者要依靠在火星上生产推进剂返回地球。

“不论对火箭还是宇航员来说,氧气都是关键。”MOXIE首席研究员、麻省理工学院草垛天文台的Michael Hecht说,火箭燃料燃烧,必须要有更多的氧气。未来要让4名宇航员离开火星表面,需要约15000磅(7公吨)的火箭燃料和55000磅(25公吨)的氧气。相比之下,宇航员在火星上生活和工作呼吸所需的氧气要少得多。

把25公吨的氧气从地球运到火星将是一项艰巨的任务。如果将1吨重的氧气转换器——一个更大、更强大的MOXIE“后代”运上火星,可以生产25吨氧气,这显然更加经济实用。

火星大气中96%是二氧化碳。MOXIE的工作原理是从二氧化碳分子中将氧原子分离出来。分离后产生的废物——一氧化碳,则被排放到火星大气中。

上述转化过程需要大量的热量,转化所需温度约为1470华氏度(800摄氏度)。为了适应这一点,MOXIE由耐热材料制成,其中包括3D打印的镍合金零件(可以加热和冷却流经它的气体),以及一种帮助保持热量的轻质气凝胶。MOXIE外部有一层薄薄的金涂层,用以反射红外线热量,防止MOXIE受到辐射,损坏其身体的其他部分。

MOXIE设计的氧产量是每小时10克。在第一次操作中,MOXIE产生了约5克氧气,相当于可供宇航员呼吸10分钟的氧气。在火星的一年中(约为地球的近两年),MOXIE预计将至少再进行9次氧气提取。

这些氧气生产将分为三个阶段。第一阶段将检查并描述仪器的功能;第二阶段是在不同的大气条件下运行仪器,例如一天中的不同时间,或者不同季节。Hecht说,在第三阶段,将突破极限,尝试新的操作模式等。

“MOXIE不仅仅是第一个在另一个世界产生氧气的仪器。”STMD技术演示主管Trudy Kortes说,这是第一项此类技术,将通过利用另一个世界的环境元素,即原地资源利用,帮助实现未来人类在火星表面生活。