ดาวอังคาร

การทดลองการใช้ทรัพยากรออกซิเจนในแหล่งกำเนิดบนดาวอังคารที่นำโดย MIT หรือ MOXIE ประสบความสำเร็จในการสร้างออกซิเจนจากชั้นบรรยากาศที่อุดมด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ของดาวเคราะห์แดงตั้งแต่เดือนกุมภาพันธ์ 2564 เมื่อมันแตะพื้นผิวดาวอังคารซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของภารกิจ Perseverance rover ของ NASA . ในการศึกษาที่ตีพิมพ์ในวารสารScience Advancesนักวิจัยรายงานว่าภายในสิ้นปี 2021 MOXIE สามารถผลิตออกซิเจนได้ในการทดลอง 7 ครั้ง ในสภาพบรรยากาศที่หลากหลาย รวมถึงในเวลากลางวันและกลางคืน และผ่านฤดูกาลต่างๆ ของดาวอังคาร . ในการทำงานแต่ละครั้ง เครื่องมือบรรลุเป้าหมายในการผลิตออกซิเจน 6 กรัมต่อชั่วโมง ซึ่งเท่ากับอัตราของต้นไม้ขนาดเล็กบนโลก นักวิจัยมองเห็นว่า MOXIE รุ่นขยายขนาดสามารถส่งไปยังดาวอังคารก่อนภารกิจของมนุษย์ เพื่อผลิตออกซิเจนอย่างต่อเนื่องในอัตราต้นไม้หลายร้อยต้น ด้วยความสามารถดังกล่าว ระบบควรสร้างออกซิเจนให้เพียงพอต่อการดำรงชีวิตของมนุษย์เมื่อพวกเขามาถึง และเป็นเชื้อเพลิงในจรวดสำหรับส่งนักบินอวกาศกลับสู่พื้นโลก จนถึงขณะนี้ ผลผลิตที่สม่ำเสมอของ MOXIE ถือเป็นก้าวแรกที่มีแนวโน้มไปสู่เป้าหมายนั้น Michael Hecht ผู้ตรวจสอบหลักของภารกิจ MOXIE ที่ Haystack Observatory ของ MIT กล่าวว่า "เราได้เรียนรู้จำนวนมหาศาลที่จะแจ้งระบบในอนาคตในระดับที่ใหญ่ขึ้น การผลิตออกซิเจนบนดาวอังคารของ MOXIE ยังแสดงถึงการสาธิตครั้งแรกของ "การใช้ทรัพยากรในแหล่งกำเนิด" ซึ่งเป็นแนวคิดในการเก็บเกี่ยวและใช้วัสดุจากดาวเคราะห์ (ในกรณีนี้คือคาร์บอนไดออกไซด์บนดาวอังคาร) เพื่อผลิตทรัพยากร (เช่น ออกซิเจน) ที่จะ มิฉะนั้นจะต้องถูกขนส่งจากโลก "นี่เป็นการสาธิตครั้งแรกของการใช้ทรัพยากรจริงบนพื้นผิวของดาวเคราะห์ดวงอื่น และเปลี่ยนพวกมันทางเคมีให้เป็นสิ่งที่มีประโยชน์สำหรับภารกิจของมนุษย์" รองหัวหน้านักวิจัย MOXIE Jeffrey Hoffman ศาสตราจารย์ด้านการปฏิบัติในแผนกของ MIT กล่าว ของวิชาการบินและอวกาศ "มันเป็นประวัติศาสตร์ในแง่นั้น" ผู้เขียนร่วมของ MIT ของ Hoffman และ Hecht ได้แก่สมาชิกทีม MOXIE Jason SooHoo, Andrew Liu, Eric Hinterman, Maya Nasr, Shravan Hariharan และ Kyle Horn พร้อมด้วยผู้ทำงานร่วมกันจากหลายสถาบันรวมถึง Jet Propulsion Laboratory ของ NASA ซึ่งจัดการการพัฒนาของ MOXIE ซอฟต์แวร์การบิน บรรจุภัณฑ์และการทดสอบก่อนเปิดตัว อากาศตามฤดูกาล MOXIE เวอร์ชันปัจจุบันมีขนาดเล็กโดยการออกแบบ เพื่อให้พอดีกับรถโรเวอร์ Perseverance และสร้างให้วิ่งในช่วงเวลาสั้น ๆ เริ่มต้นขึ้นและปิดการทำงานในแต่ละรอบ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับกำหนดการสำรวจของรถโรเวอร์และความรับผิดชอบในภารกิจ ในทางตรงกันข้าม โรงงานผลิตออกซิเจนเต็มรูปแบบจะมีหน่วยขนาดใหญ่กว่าที่จะทำงานอย่างต่อเนื่องได้ แม้จะมีการประนีประนอมที่จำเป็นในการออกแบบปัจจุบันของ MOXIE แต่เครื่องมือนี้ก็แสดงให้เห็นว่าสามารถเปลี่ยนชั้นบรรยากาศของ ดาวอังคาร ให้เป็นออกซิเจนบริสุทธิ์ได้อย่างน่าเชื่อถือและมีประสิทธิภาพ ทำได้โดยการดึงอากาศบนดาวอังคารผ่านตัวกรองที่ทำความสะอาดสิ่งปนเปื้อนก่อน จากนั้น อากาศจะถูกเพิ่มแรงดันและส่งผ่าน Solid OXide Electrolyzer (SOXE) ซึ่งเป็นเครื่องมือที่พัฒนาและสร้างขึ้นโดย OxEon Energy ซึ่งจะแยกอากาศที่อุดมด้วยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ด้วยเคมีไฟฟ้าออกเป็นไอออนออกซิเจนและคาร์บอนมอนอกไซด์ จากนั้น ไอออนของออกซิเจนจะถูกแยกออกและรวมตัวกันใหม่เพื่อสร้างออกซิเจนโมเลกุลที่ระบายอากาศได้ หรือ O 2ซึ่ง MOXIE จะวัดปริมาณและความบริสุทธิ์ก่อนที่จะปล่อยกลับสู่อากาศพร้อมกับคาร์บอนมอนอกไซด์และก๊าซในบรรยากาศอื่นๆ โดยไม่เป็นอันตราย นับตั้งแต่ยานโรเวอร์ลงจอดในเดือนกุมภาพันธ์ 2021 วิศวกรของ MOXIE ได้เริ่มต้นเครื่องมือแล้ว 7 ครั้งตลอดทั้งปีบนดาวอังคาร แต่ละครั้งใช้เวลาสองสามชั่วโมงในการอุ่นเครื่อง จากนั้นอีกหนึ่งชั่วโมงเพื่อสร้างออกซิเจนก่อนที่จะปิดเครื่อง การวิ่งแต่ละครั้งถูกกำหนดไว้ในช่วงเวลากลางวันหรือกลางคืนที่แตกต่างกัน และในฤดูกาลที่แตกต่างกัน เพื่อดูว่า MOXIE สามารถรองรับการเปลี่ยนแปลงของสภาพชั้นบรรยากาศของโลกได้หรือไม่ "บรรยากาศของดาวอังคารแปรปรวนมากกว่าโลกมาก" ฮอฟแมนตั้งข้อสังเกต "ความหนาแน่นของอากาศสามารถเปลี่ยนแปลงได้ 2 เท่าตลอดทั้งปี และอุณหภูมิอาจเปลี่ยนแปลงได้ถึง 100 องศา เป้าหมายประการหนึ่งคือการแสดงให้เห็นว่าเราสามารถวิ่งได้ในทุกฤดูกาล" จนถึงตอนนี้ MOXIE ได้แสดงให้เห็นว่ามันสามารถสร้างออกซิเจนได้เกือบตลอดเวลาของวันและปีบนดาวอังคาร "สิ่งเดียวที่เราไม่ได้แสดงให้เห็นคือการวิ่งในตอนเช้าหรือตอนพลบค่ำ ซึ่งเป็นช่วงที่อุณหภูมิเปลี่ยนแปลงอย่างมาก" Hecht กล่าว "เรามีเอซอยู่ในแขนเสื้อของเราที่จะให้เราทำเช่นนั้น และเมื่อเราทดสอบในห้องแล็บ เราก็สามารถไปถึงเป้าหมายสุดท้ายเพื่อแสดงให้เห็นว่าเราสามารถวิ่งได้ตลอดเวลา" ก่อนเกม ในขณะที่ MOXIE ยังคงปล่อยออกซิเจนบนดาวอังคาร วิศวกรวางแผนที่จะเพิ่มกำลังการผลิต และเพิ่มการผลิต โดยเฉพาะอย่างยิ่งในฤดูใบไม้ผลิบนดาวอังคาร เมื่อความหนาแน่นของชั้นบรรยากาศและระดับคาร์บอนไดออกไซด์สูง "การวิ่งครั้งต่อไปจะเป็นช่วงที่มีความหนาแน่นสูงสุดของปี และเราแค่ต้องการสร้างออกซิเจนให้ได้มากที่สุดเท่าที่จะทำได้" เฮชท์กล่าว "ดังนั้นเราจะตั้งค่าทุกอย่างให้สูงที่สุดเท่าที่เราจะกล้าได้กล้าเสีย และปล่อยให้มันดำเนินต่อไปตราบเท่าที่เราทำได้" พวกเขาจะตรวจสอบระบบเพื่อหาสัญญาณการสึกหรอ เนื่องจาก MOXIE เป็นเพียงการทดลองหนึ่งจากหลายๆ การทดลองบนรถโรเวอร์ Perseverance จึงไม่สามารถทำงานอย่างต่อเนื่องได้เหมือนระบบเต็มรูปแบบ เครื่องมือจะต้องเริ่มทำงานและปิดการทำงานในแต่ละครั้ง ซึ่งเป็นความเครียดจากความร้อนที่สามารถทำให้ระบบเสื่อมสภาพเมื่อเวลาผ่านไป หาก MOXIE สามารถทำงานได้สำเร็จแม้ว่าจะเปิดและปิดซ้ำๆ ก็ตาม นี่หมายความว่าระบบเต็มรูปแบบที่ออกแบบมาเพื่อทำงานอย่างต่อเนื่องสามารถทำงานได้หลายพันชั่วโมง