NASA開發帶有3D打印零件的儀器MOXIE，可在火星上制造氧氣

魔猴君  行業資訊   1274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化為氧氣。與火星的科幻小說完全不同的是，這項技術可以利用現場發現的大量元素幫助未來的任務在地球以外的環境中生存。

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展，演變成更大，更高效的平臺，從而使宇航員能夠創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）太空技術任務局（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化為氧氣的關鍵的第一步”。盡管MOXIE仍然有大量工作要做，但Reuter表示，這項技術演示的結果提供了很大的希望，尤其是在火星載人飛行計劃繼續前進的過程中。

為了執行關鍵過程，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品一起排放到火星大氣中。

經過兩個小時的現場預熱后，MOXIE開始以每小時6克的速度生產氧氣。在評估儀器狀態的過程中減少了兩次。運行一個小時后，產生的氧氣總量約為5.4克，足以使宇航員保持正常活動近十分鐘的健康狀態。

經過兩個小時的預熱，MOXIE開始以每小時6克的速度產生氧氣。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，氧氣是關鍵，因此，通過將氧氣原子與二氧化碳分子分離，MOXIE可確保產生氧氣。火箭需要在沒有氧氣的太空中運轉，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。如果未來的勘探者將依靠在火星上生產推進劑來回家，那么尋找一種可持續，低成本，高效的方法將當地資源轉化為氧氣將對任何任務的成功至關重要。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。這項技術演示旨在確保該儀器能夠幸免于從地球發射，經過近七個月的深空旅行以及通過恒心達到地面的情況。預計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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