Para la mayoría de las operaciones espaciales, la afirmación "Lo que sube, sube y permanece" es ideal. Hace solo 10 años, la mayoría de los sistemas y dispositivos enviados desde la Tierra al espacio, incluida la órbita (excepto la ISS) y otros planetas, nunca regresaron. Por supuesto, los desechos espaciales a menudo abandonan la órbita y se queman en la atmósfera de la Tierra, pero es difícil llamarlo un regreso completo.
Ahora han aparecido cohetes reutilizables, una de las expediciones espaciales terminó con la recolección de muestras de asteroides y su regreso a la Tierra. Sin embargo, este principio sigue siendo relevante en nuestro tiempo. Y si los habitantes de la Tierra pueden soportarlo, entonces para una misión futura con el aterrizaje de personas en Marte, este principio no es absolutamente adecuado. La razón es simple: los humanos deben poder regresar a la Tierra. Hay varias opciones para asegurar la devolución, pero el principal problema es la falta de combustible. La opción ideal es producir combustible allí mismo en el Planeta Rojo. El rover Perseverance y su módulo MOXIE te ayudarán a descubrir si este escenario es real.
¿No es más fácil sacar combustible de la Tierra? No, no es más fácil. Después de aterrizar en Marte, los colonos / marsonautas no tendrán combustible para el camino a casa, por lo que tendrán que esperar la entrega de carga adicional o generar combustible por su cuenta. Y esto solo se puede hacer si se produce oxígeno en Marte. El trabajo de Perseverance es realizar varias pruebas para demostrar que el Planeta Rojo puede producir combustible. Todo esto se implementará como parte del experimento MOXIE (Mars Oxygen ISRU Experiment).
¿Qué es este experimento?
Este es uno de los experimentos más prometedores desde el punto de vista de la ciencia, realizado fuera de la Tierra. Sí, a muchos de nosotros nos atraen las pruebas de drones voladores que están a punto de realizarse. Pero aún así, desde un punto de vista científico, MOXIE es más importante.
Módulo MOXIE - Apariencia
Si todo va bien, los científicos e ingenieros de la NASA podrán probar la posibilidad de producir el recurso más importante, el combustible, fuera de nuestro planeta. Los científicos esperan comenzar a producir combustible en Marte utilizando componentes que ya están en el Planeta Rojo. De lo contrario, los viajes a largo plazo de personas a otros planetas, incluido Marte, pueden ser imposibles o extremadamente improbables.
Según cálculos preliminares, los Marsonauts necesitarán unas 30 toneladas de oxígeno líquido para regresar a la Tierra.
Todo el secreto del experimento está en la cerámica.
Si los extraterrestres decidieran aterrizar en la Tierra y tratar de encontrar oxígeno, lo habrían logrado sin ninguna dificultad. La atmósfera de la Tierra contiene aproximadamente el 21% de este elemento, por lo que solo se necesita el equipo científico más simple para detectarlo. El oxígeno se puede eliminar del agua mediante electrólisis, en cuyo caso el equipo es aún más sencillo.
Pero con Marte es diferente. Si es posible encontrar reservas de hielo o agua (los datos de algunos estudios sugieren que hay hielo a granel, pero esto aún no se ha demostrado), entonces el resto es una cuestión de tecnología, se puede producir combustible. Hasta ahora, todo se complica con el agua marciana.
Por lo tanto, los científicos esperan establecer un proceso para extraer oxígeno de la atmósfera de Marte. El 95% de su atmósfera es dióxido de carbono. MOXIE ayudará a probar la capacidad de extraer oxígeno de la atmósfera mediante electrólisis de óxido sólido. Será solo dióxido de carbono el que se descompondrá, con los derivados de la reacción en forma de oxígeno y monóxido de carbono (monóxido de carbono).
El principio aquí es el mismo que en la electrólisis convencional: la descomposición de compuestos químicos en elementos individuales utilizando electricidad. Pero hay un componente muy importante aquí: los elementos cerámicos en las celdas del electrolizador de óxido sólido. Las células están compuestas por óxido de circonio estabilizado con una pequeña cantidad de escandio. Este material se conoce como ScSZ. Permite que se lleve a cabo la electrólisis, teniendo cualidades tales como resistencia al calor, alta resistencia, peso ligero.
El ciclo de producción de oxígeno comienza con el funcionamiento del compresor de aire y los filtros de polvo. MOXIE utiliza un compresor scroll en el que dos elementos scroll están conectados para formar un solo sistema. La tarea del compresor es aumentar la presión en el módulo hasta el suelo. Esto no es fácil porque la atmósfera de Marte está unas 100 veces más enrarecida que la de la Tierra.
Compresor para MOXIE
Un matiz importante: para la electrólisis de óxidos sólidos, se requieren altas temperaturas de aproximadamente 800 ° C. Comprimido a la densidad de la atmósfera terrestre, el gas pasa a través de una serie de intercambiadores de calor impresos en 3D. La alta temperatura se logra gracias a la electricidad, qué más. Y el MOXIE consume más energía que la que produce un rover RTG en un sol. En consecuencia, el experimento se planeó con el mayor cuidado posible.
Actuar como un árbol
Sus creadores a veces llaman al módulo "árbol artificial", porque el dióxido de carbono se absorbe con la producción de oxígeno. Pero el proceso en sí
El gas calentado a alta temperatura, que es 98% de dióxido de carbono, ingresa a las celdas SOXE. Cada celda es un "sándwich" de electrodos metálicos porosos en cada lado de las placas ScSZ, que actúan como un electrolito sólido. Se suministra una corriente a través de la celda, como resultado de lo cual, bajo la acción del catalizador, se lleva a cabo la reacción de reducción:
Luego, los iones de oxígeno reaccionan entre sí en las inmediaciones del ánodo poroso de la siguiente manera:
Los sensores del módulo evalúan la calidad y el progreso de la respuesta. La capacidad del módulo es de unos 12 g / ha una corriente máxima de 4A. Una vez completada la reacción, todos sus derivados se devuelven a la atmósfera. El dispositivo en sí es una prueba de concepto, su principal tarea es probar la posibilidad de producir oxígeno en Marte. No tiene sentido almacenar oxígeno ahora.
Si la capacidad del módulo se incrementa 200 veces, entonces podrá generar exactamente las mismas 30 toneladas de oxígeno, que se mencionaron al principio.
El módulo MOXIE es bastante simple, no hay nada de eso. Pero en algunos casos, pueden ocurrir reacciones secundarias, como resultado de las cuales los poros del cátodo se obstruyen con carbón sólido. Este es el principal problema, ya que no hay un operador cerca que pueda limpiar los electrodos y restaurar el módulo para que funcione. Bueno, si aparece un módulo a gran escala, ya habrá gente cerca. Y podrán asegurar el normal funcionamiento del "gran MOXIE", ya que de ello dependerá su regreso a la Tierra.
