Para a maioria das operações espaciais, a declaração “O que sobe, sobe e permanece” é ideal. Há apenas 10 anos, a maioria dos sistemas e dispositivos enviados da Terra para o espaço, incluindo a órbita (exceto para a ISS) e outros planetas, nunca retornou. Claro, os detritos espaciais muitas vezes saem da órbita e queimam na atmosfera da Terra, mas é difícil chamá-lo de um retorno completo.
Agora que surgiram foguetes reutilizáveis, uma das expedições espaciais terminou com a coleta de amostras de asteróides e seu retorno à Terra. Mesmo assim, esse princípio permanece relevante em nosso tempo. E se os habitantes da Terra podem suportar isso, então para uma missão futura com o desembarque de pessoas em Marte, este princípio não é absolutamente adequado. A razão é simples: os humanos devem ser capazes de retornar à Terra. Existem várias opções para garantir o retorno, mas o principal problema é a falta de combustível. A opção ideal é produzir combustível ali mesmo no Planeta Vermelho. O rover Perseverance e seu módulo MOXIE irão ajudá-lo a descobrir se este cenário é real.
Não é mais fácil tirar combustível da Terra? Não, não é mais fácil. Depois de pousar em Marte, os colonos / marsonautas não terão mais combustível para voltar para casa, então eles terão que esperar pela entrega de carga adicional ou gerar combustível por conta própria. E isso só pode ser feito se o oxigênio for produzido em Marte. O trabalho do Perseverance é fazer vários testes para provar que o Planeta Vermelho pode produzir combustível. Tudo isso será implementado como parte do experimento MOXIE (Mars Oxygen ISRU Experiment).
O que é este experimento?
Este é um dos experimentos mais promissores do ponto de vista da ciência, realizado fora da Terra. Sim, muitos de nós somos atraídos pelos testes de drones voadores que estão prestes a acontecer. Mesmo assim, do ponto de vista científico, o MOXIE é mais importante.
Módulo MOXIE - Aparência
Se tudo correr bem, os cientistas e engenheiros da NASA poderão provar a possibilidade de produzir o recurso mais importante - o combustível - fora do nosso planeta. Os cientistas esperam começar a produzir combustível em Marte usando componentes que já estão no Planeta Vermelho. Caso contrário, viagens de longo prazo de pessoas para outros planetas, incluindo Marte, podem ser impossíveis ou extremamente improváveis.
De acordo com cálculos preliminares, os marsonautas precisarão de cerca de 30 toneladas de oxigênio líquido para retornar à Terra.
Todo o segredo do experimento está na cerâmica
Se os alienígenas decidissem pousar na Terra e tentar encontrar oxigênio, eles teriam conseguido sem qualquer dificuldade. A atmosfera da Terra contém cerca de 21% deste elemento, portanto, apenas o equipamento científico mais simples é necessário para detectá-lo. O oxigênio pode ser retirado da água por eletrólise, caso em que o equipamento é ainda mais simples.
Mas com Marte é diferente. Se for possível encontrar reservas de gelo ou água (dados de alguns estudos sugerem que há gelo a granel, mas isso ainda não foi comprovado), então o resto é uma questão de tecnologia, o combustível pode ser produzido. Até agora, tudo está complicado com a água marciana.
Portanto, os cientistas esperam estabelecer um processo para extrair oxigênio da atmosfera de Marte. 95% de sua atmosfera é dióxido de carbono. O MOXIE ajudará a testar a capacidade de extrair oxigênio da atmosfera usando eletrólise de óxido sólido. Será apenas o dióxido de carbono que se decomporá, com os derivados da reação na forma de oxigênio e monóxido de carbono (monóxido de carbono).
O princípio aqui é o mesmo da eletrólise convencional - a decomposição de compostos químicos em elementos individuais usando eletricidade. Mas há um componente muito importante aqui - os elementos cerâmicos nas células do eletrolisador de óxido sólido. As células são compostas por óxido de zircônio estabilizado com uma pequena quantidade de escândio. Este material é conhecido como ScSZ. Permite a realização de eletrólise, tendo qualidades como resistência ao calor, alta resistência, peso leve.
O ciclo de produção de oxigênio começa com a operação do compressor de ar e filtros de poeira. O MOXIE usa um compressor scroll no qual dois elementos scroll são conectados para formar um único sistema. A tarefa do compressor é aumentar a pressão do módulo até o solo. Isso não é fácil porque a atmosfera de Marte é cerca de 100 vezes mais rarefeita que a da Terra.
Compressor para MOXIE
Uma nuance importante - para a eletrólise de óxidos sólidos, altas temperaturas de cerca de 800 ° C são necessárias. Comprimido à densidade da atmosfera terrestre, o gás passa por uma série de trocadores de calor impressos em 3D. A alta temperatura é alcançada graças à eletricidade - o que mais. E o MOXIE consome mais energia do que um rover RTG produz em um só sol. Conseqüentemente, o experimento foi planejado o mais cuidadosamente possível.
Agir como uma árvore
Seus criadores às vezes chamam o módulo de "árvore artificial", porque o dióxido de carbono é absorvido com a produção de oxigênio. Mas o processo em si
O gás aquecido a uma temperatura elevada, que é 98% de dióxido de carbono, entra nas células SOXE. Cada célula é um "sanduíche" de eletrodos de metal poroso em cada lado das placas ScSZ, que atuam como um eletrólito sólido. Uma corrente é fornecida através da célula, como resultado da qual, sob a ação do catalisador, a reação de redução é realizada:
Os íons de oxigênio, então, reagem uns com os outros na vizinhança imediata do ânodo poroso da seguinte forma:
Os sensores do módulo avaliam a qualidade e o progresso da resposta. A capacidade do módulo é de cerca de 12 g / h com uma corrente máxima de 4A. Após a conclusão da reação, todos os seus derivados são devolvidos à atmosfera. O aparelho em si é uma prova de conceito, sua principal tarefa é provar a possibilidade de produção de oxigênio em Marte. Não há sentido em armazenar oxigênio agora.
Se a capacidade do módulo for aumentada 200 vezes, ele poderá gerar exatamente as mesmas 30 toneladas de oxigênio, que foram mencionadas no início.
O módulo MOXIE é bem simples, não há nada parecido. Mas, em alguns casos, podem ocorrer reações colaterais, como resultado das quais os poros do cátodo são obstruídos com carbono sólido. Esse é o principal problema, já que não há nenhum operador por perto que possa limpar os eletrodos e restaurar o funcionamento do módulo. Bem, se um módulo em escala real aparecer, já haverá pessoas por perto. E eles poderão garantir o funcionamento normal do "grande MOXIE", já que seu retorno à Terra dependerá disso.
