作者:刘霞 来源:科技日报 发布时间:2023/9/15 7:35:27
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火星制氧:希望与困难并存

 

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MOXIE于2019年被放入“毅力”号火星漫游车的底盘。

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在火星表面运行的“毅力”号漫游车。本文图片来源:NASA官网

美国国家航空航天局(NASA)的火星氧气原位资源利用实验(MOXIE)于日前结束。MOXIE是一个微波炉大小的装置,它在任务期间通过16次运行,总共制造出122克氧气,相当于一只小狗在10小时内呼吸的氧气。

NASA副局长潘·梅洛伊表示,MOXIE的表现表明从火星大气层中提取氧气是可行的。氧气可供未来到达火星的宇航员呼吸,也可用作火箭推进剂。开发能够让人类利用月球和火星资源的技术,对于在月球建立长期居住基地、创造强劲的月球经济,以及支持人类首次火星探测活动至关重要。

国际宇航联合会空间运输委员会副主席杨宇光对科技日报记者表示:“利用上述方法在火星大规模制造氧气仍面临不少困难。此外,人类要想在火星上生存,除氧气外,还需要解决很多问题。”

制氧实验 圆满完成

MOXIE由美国麻省理工学院研制,2021年随“毅力”号登陆火星。自那时起,MOXIE通过周期性转换二氧化碳来产生氧气,最高效时,MOXIE每小时能产生12克纯度超过98%的氧气,是NASA最初设置目标的两倍。而且,在今年8月7日进行的最后一次运行中,MOXIE产生了9.8克氧气,足够一名宇航员呼吸3个小时。这些进展给科学家们带来了希望:人类有朝一日或许可以在这个不适宜居住的星球上生存。

火星上二氧化碳含量丰富,占其稀薄大气层的95%。MOXIE借助电化学过程,将吸收的二氧化碳气体中的氧原子分离出来,并对其纯度进行分析,然后将其安全地隔离在胶囊中,剩余部分则以一氧化碳的形式排放出去。

NASA空间技术任务局演示主管特鲁迪·科特斯认为,通过在现实世界中证明像MOXIE这样的技术,让宇航员离在这颗红色星球上生活这一目标又近了一步。

人类呼吸 火箭燃料

杨宇光说:“这样的制氧系统用途广泛,除供宇航员呼吸外,还可以作为火箭推进剂的来源,对未来的火星探索任务大有裨益。”

未来的宇航员可以依靠在火星表面找到的材料生存,而不是将大量氧气从地球带到火星。这一概念被称为原位资源利用,目前也已经成为热门研究领域。

MOXIE首席研究员、美国麻省理工学院的米歇尔·赫奇特表示,下一步,他们并不打算创建MOXIE 2.0,而是计划制造一个全尺寸系统,包括一个像MOXIE这样的氧气生成器,以及液化和储存氧气的设施。

赫奇特也希望看到其他技术在火星上发挥作用。他表示,NASA必须决定哪些东西需要在火星上进行验证,这个名单上有很多技术,但他很高兴MOXIE是第一个。

规模生产 成本高昂

杨宇光指出:“MOXIE首次展示了有助人类在火星上生存和离开的技术,但在火星上大规模制氧仍面临不少困难。”

他进一步解释说,首先是环境适应性问题。火星的环境非常恶劣,温度很低,平均温度约为-62℃。其次,火星的大气层非常稀薄,而火星没有磁场的保护,因此火星表面所受辐射的剂量和强度非常高,可能会对设备的性能产生一定的影响。此外,火星距离地球非常遥远,将物体送往火星极其困难,目前只有中国和美国成功完成,且成本非常高昂。如果想大规模生产氧气,将相关设施送往火星需要付出极大的代价。除非人类拥有能够低成本向火星运送物资的技术,否则,在火星上大规模制造氧气目前来讲还只是“海市蜃楼”。

尽管能在火星制造出可供人呼吸的氧气,但人类想要在火星上生存,仍要应对很多挑战。美国趣味科学网站稍早时间报道中指出,除了上述提到的火星非常寒冷,火星上的气压非常低,也会给在其上生活的人带来极大的健康威胁。而且,人类还需要考虑前往火星旅行所导致的骨骼密度极端损失的问题。

“人类在火星上生存面临的问题很多,尤其是火星没有一个全球性的保护性的磁场,各种辐射可以直达火星表面,给人类健康带来极端不利的影响。”杨宇光强调。

“人类登陆火星,对火星开展深入研究,可以更好地了解太阳系的历史和地球未来的命运。同时,人类也可以利用火星上的各种物资资源,进一步向太阳系深处进发。”杨宇光表示,“火星制氧实验的成功让人类朝着这个方向迈出了坚实的一步。”


 
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