作者:李木子 来源:中国科学报 发布时间:2022/8/18 11:03:18
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等离子体反应堆可在火星上制造氧气

 

去年,美国国家航空航天局(NASA)实现了科幻作家几十年来一直梦想的事:在火星上制造氧气。NASA的“毅力号”探测器上安装了一个微波大小的装置,可将二氧化碳转化为可供呼吸10分钟的氧气。现在,物理学家说,他们已经构想出一种方法,在等离子体反应堆中使用电子束来产生更多的氧气。

麻省理工学院的实验科学家Michael Hecht说,有朝一日,这项技术不仅可以帮助宇航员在这颗红色星球上呼吸,还可以用来制造燃料和肥料。但是负责制氧探测车仪器的Hecht说,新方法在能够搭便车到达我们的太阳邻居之前,仍有许多挑战需要克服。

当“毅力号”于2020年登陆杰泽罗陨石坑时,它进行了火星氧原位资源利用实验(MOXIE)。该装置吸入火星空气,其中95%是二氧化碳。通过在电化学电池中两个极性相反的电极之间注入电流,MOXIE可以将二氧化碳分解为一氧化碳和氧离子。然后氧离子相互结合产生氧气。

这个实验成功地证明了这个概念。但为了工作,MOXIE需要给火星空气加压并加热——需要额外的部件来消耗能量,使其体积庞大。

里斯本大学的物理学家Vasco Guerra认为,等离子体反应堆可能是更好的方法。一束电子被加速到一个特定的能量水平,可以将二氧化碳分解成它的组成离子,或等离子体,就像MOXIE一样。

此外,等离子体反应堆非常适合火星大气层,因为火星大气层比地球大气层薄100倍左右。Guerra说,在稀薄的空气中制造和加速电子束要容易得多。

在实验室里,他和同事将与火星压力和成分相匹配的空气注入金属管中。与MOXIE不同,它们不需要压缩或加热空气。然而,通过向反应室发射电子束,他们能够将大约30%的空气转化为氧气。研究小组在《应用物理杂志》上报告说,他们估计这个装置每小时可以产生大约14克氧气:足够支撑28分钟的呼吸。

Hecht指出,Guerra的团队仍然需要解决一些实际问题。他说,要想在火星上工作,等离子体设备需要一个便携式电源和一个储存氧气的地方,所有这些都可能使它看起来不像MOXIE那么笨重。Hecht说,如果航天机构愿意花费数百万美元来研发等离子体,就像NASA研发MOXIE那样,等离子体方法就会成熟。他特别喜欢电子束如何被调节来分裂其他大气分子,如氮,以制造肥料。他说:“等离子技术没有什么问题,只是比MOXIE技术成熟得多。”

相关论文信息:https://doi.org/10.1063/5.0098011

 
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