美国国家航空航天局的坚毅号火星车从红色星球上提取首批氧气

由
李依莲
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美国国家航空航天局的坚毅号火星车从红色星球上提取首批氧气（推特截图）
美国国家航空航天局的坚毅号火星车从红色星球上提取首批氧气（推特截图）

【明德网李文涵综合编译】MOXIE仪器通过将二氧化碳转化为氧气而实现的这一里程碑，为未来人类对红色星球的探索指明了方向。

美国宇航局在火星表面的最新六轮机器人 “毅力 “号的 “第一 “清单不断增加，其中包括将红色星球上稀薄的、富含二氧化碳的大气转化为氧气。毅力号上的一个烤面包机大小的实验仪器称为火星氧气原位资源利用实验（MOXIE）完成了这项任务。该测试于4月20日进行，是自2月18日任务登陆以来的第60个火星日，或称索尔。

虽然技术演示刚刚开始，但它可以为科幻小说变成科学事实铺平道路–在火星上隔离和储存氧气，帮助为火箭提供动力，使宇航员离开地球表面。这样的设备也可能有一天为宇航员自己提供可呼吸的空气。MOXIE是一项探索技术调查–正如火星环境动力学分析器（MEDA）气象站一样–由美国宇航局空间技术任务局（STMD）和人类探索与行动任务局赞助。

“STMD副局长Jim Reuter说：”这是在火星上将二氧化碳转化为氧气的关键第一步。”MOXIE还有更多的工作要做，但在我们朝着有朝一日看到人类在火星上的目标前进时，这项技术演示的结果充满了希望。氧气不仅仅是我们呼吸的东西。火箭推进剂依赖于氧气，而未来的探索者将依靠在火星上生产推进剂来完成回家的旅程。”

对于火箭或宇航员来说，氧气是关键，MOXIE的主要研究者，麻省理工学院干草堆天文台的Michael Hecht说。

为了燃烧其燃料，火箭必须有更多的氧气（按重量计算）。在未来的任务中，要让四名宇航员离开火星表面，需要大约15,000磅（7公吨）的火箭燃料和55,000磅（25公吨）的氧气。相比之下，在火星上生活和工作的宇航员需要呼吸的氧气要少得多。”Hecht说：”在火星表面呆上一年的宇航员可能会在他们之间使用一公吨。

 

火星的大气中96%是二氧化碳。MOXIE的工作原理是将氧原子从二氧化碳分子中分离出来，而二氧化碳分子是由一个碳原子和两个氧原子组成的。一种废品，一氧化碳，被排放到火星大气中。

该转换过程需要高水平的热量，以达到大约1470华氏度（800摄氏度）的温度。为了适应这一点，MOXIE装置是用耐高温的材料制成的。这些材料包括3D打印的镍合金部件，用于加热和冷却流经它的气体，以及一种有助于保持热量的轻质气凝胶。MOXIE外部有一层薄薄的金色涂层，可以反射红外热量，防止其向外辐射，并有可能损坏毅力的其他部分。

在这第一次操作中，MOXIE的氧气产量相当有限–大约5克，相当于一个宇航员大约10分钟的可呼吸氧气。MOXIE被设计为每小时产生高达10克的氧气。

这一技术演示的目的是确保该仪器在从地球发射、近7个月的深空旅行以及2月18日与 “毅力号 “触地后仍能生存。预计MOXIE将在火星一年的时间里至少再提取9次氧气（在地球上差不多两年）。

这些氧气生产运行将分三个阶段进行。第一阶段将检查和描述仪器的功能，而第二阶段将在不同的大气条件下运行仪器，如一天中的不同时间和季节。在第三阶段，Hecht说，”我们将推陈出新” – 尝试新的操作模式，或引入 “新的皱纹，例如我们比较在三个或更多不同温度下的操作”。

“STMD的技术示范主任Trudy Kortes说：”MOXIE不仅仅是第一个在另一个世界生产氧气的仪器。它是第一种有助于未来任务 “在土地上生存 “的技术，利用另一个世界的环境元素，也被称为原地资源利用。

“她说：”这是把雷石，也就是你在地面上找到的物质，通过一个加工厂，把它做成一个大型结构，或者把二氧化碳–大气的大部分–转化成氧气。”这个过程使我们能够将这些丰富的材料转化为可使用的东西：推进剂、可呼吸的空气，或者与氢气结合，成为水。”

毅力号在火星上的任务的一个关键目标是天体生物学，包括寻找古代微生物生命的迹象。该探测器将描述该星球的地质和过去的气候特征，为人类探索红色星球铺平道路，并成为第一个收集和储存火星岩石和再生石（破碎的岩石和灰尘）的任务。

随后的NASA任务将与ESA（欧洲航天局）合作，向火星发送航天器，从火星表面收集这些密封样本，并将其送回地球进行深入分析。

火星2020毅力任务是美国宇航局从月球到火星探索方法的一部分，其中包括对月球的阿特米斯任务，这将有助于为人类探索红色星球做准备。

位于南加州的美国宇航局喷气推进实验室，由位于加州帕萨迪纳的加州理工学院为美国宇航局管理，建造并管理毅力号探测器的运作。

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