Eine „historische“ Kiste auf dem Mars produziert Sauerstoff im Verhältnis eines Baumes

Als die Robotersonde der NASA letztes Jahr zum Mars abhob, brachte sie eine kleine goldene Kiste namens MOXIE mit, um mit der Nutzung der Sauerstoffressourcen des Standorts auf dem Mars zu experimentieren.

Seitdem produziert MOXIE Sauerstoff aus der dünnen Marsluft.

Und am Mittwoch in Science Advances bestätigte das Team hinter diesem seltsamen Werkzeug, dass MOXIE so gut funktioniert, dass seine Sauerstoffproduktion mit der bescheidenen Produktionsrate des Erdbaums vergleichbar ist.

Bis Ende 2021 zeigten umfangreiche Daten, dass MOXIE seine angestrebte Sauerstoffabgabe von sechs Gramm pro Stunde in sieben separaten Versuchszyklen sowie bei einer Vielzahl von Wetterbedingungen erfolgreich erreicht hatte. Dazu gehören Tag und Nacht, die verschiedenen Jahreszeiten des Mars und ähnliches.

„Das einzige, was wir nicht gezeigt haben, ist das Laufen in der Morgen- oder Abenddämmerung, wenn sich die Temperatur dramatisch ändert“, sagte Michael Hecht, Hauptforscher der MOXIE-Mission am Haystack Observatory des MIT. Er sagte in einer Pressemitteilung. „Wir haben es wirklich in der Hand, um das zu tun, und sobald wir das im Labor getestet haben, können wir diesen letzten Meilenstein erreichen, um zu zeigen, dass wir wirklich jederzeit laufen können.“

Für Wissenschaftler und Raumfahrtbehörden gleichermaßen ist es besonders aufregend, dass MOXIEs Versprechen stark ist, da vorgeschlagene Zeitpläne für mit Astronauten beladene Marsmissionen auftauchen, um zu lernen, wie Weltraumforscher auf dem Roten Planeten in Zukunft sicher bleiben können.

Das Ziel von SpaceX-CEO Elon Musk, Menschen auf dem Mars zu landen, scheint beispielsweise das Jahr 2029 zu sein, und das der NASA. Anstehende Artemis-I-Mondmission Es soll den Weg für Marsflüge ebnen Geplant in den dreißiger oder vierziger Jahren des zwanzigsten Jahrhunderts. „Um eine bemannte Mission zum Mars zu unterstützen, müssen wir viele Dinge von der Erde mitbringen, wie Computer, Raumanzüge und Lebensräume“, sagte Jeffrey Hoffman, stellvertretender Hauptforscher bei MOXIE und Professor am MIT, in einer Pressemitteilung. „Aber dummer alter Sauerstoff?

So wie es aussieht, ist MOXIE ziemlich klein (im Grunde so groß wie ein Toaster), aber das ist wahrscheinlich eine gute Sache. Das bedeutet, wenn Wissenschaftler das Volumen des dekorierten Würfels irgendwie erhöhen können, kann MOXIE mehr als sechs Gramm Sauerstoff pro Stunde produzieren.

„Wir haben enorm viel gelernt, was zukünftige Systeme in größerem Maßstab leiten wird“, sagte Hecht.

Vielleicht, sagen die Forscher, könnte es eines Tages schließlich Sauerstoff in einer Menge von mehreren hundert Bäumen produzieren und so Astronauten versorgen, sobald sie den Mars erreichen, und die Raketen betanken, die das Element des Lebens benötigen, um die Besatzung zurück zur Erde zu bringen.

„Astronauten, die ein Jahr an der Oberfläche verbringen, können zusammen eine Tonne verbrauchen“, sagte Hecht letztes Jahr in einer Pressemitteilung der NASA. Aber, Nach Angaben der RaumfahrtbehördeUm vier Astronauten bei einer zukünftigen Mission von der Marsoberfläche zu befördern, werden etwa 15.000 Pfund (7 Tonnen) Raketentreibstoff und 55.000 Pfund (25 Tonnen) Sauerstoff benötigt. All diesen Sauerstoff von der Erde zu bekommen, wäre sowohl unerschwinglich teuer als auch ineffizient.

Warum also, sagt Hoffman, nicht einfach den gesamten Sauerstoff auf dem trockenen Planeten selbst produzieren?

Wie funktioniert MOXIE?

Auf dem Mars wandelt MOXIE aktiv Kohlendioxid in der Marsatmosphäre – wo das Element satte 96 % ausmacht – in atembaren Sauerstoff um.

Ein bisschen Chemie 101 ist, dass Kohlendioxidmoleküle aus einem Kohlenstoffatom und zwei Sauerstoffatomen bestehen. Diese kleinen Stücke sind im Grunde zusammengeklebt. Aber ein Werkzeug in MOXIE, das als Festoxidelektrolyseur bezeichnet wird, kann die Sauerstofffragmente in den Kohlendioxidmolekülen sammeln, an denen die Wissenschaftler interessiert sind. Nach Abschluss werden alle schwebenden Sauerstoffmoleküle zu O2 rekombiniert, auch bekannt als zwei Sauerstoffatome, besser bekannt als die Art von Sauerstoff, die wir kennen und lieben.

Ich weiß, dass es anders ist, aber ich denke immer noch darüber nach, dass Pixars WALL-E es tun würde. Also, wie wal-e sagt: Ta-da!

„Dies ist die erste Demonstration der tatsächlichen Nutzung von Ressourcen auf der Oberfläche eines anderen Planetenkörpers und deren chemische Umwandlung in etwas, das für eine menschliche Mission nützlich sein könnte“, sagte Hoffman. „In diesem Sinne ist es historisch.“

Dieser Prozess erfordert durchgehend die Verwendung von Superhitze – die Temperaturen erreichen etwa 800 Grad Celsius (1.470 Grad Fahrenheit) – was MOXIE seine unverwechselbare goldene Beschichtung verleiht.

Wie das Flaggschiff der NASA, das James Webb Space Telescope, muss MOXIE vor Infrarotwärme geschützt werden, da es mit der gleichen Wärme arbeitet. Die Vergoldung tut genau das, und tatsächlich sind JWST-Spiegel aus genau dem Grund auch vergoldet.

Als nächstes beabsichtigt das MOXIE-Team zu demonstrieren, dass MOXIE auch unter intensiveren Bedingungen gut funktioniert, wie beispielsweise beim nächsten Lauf, der während „der höchsten Intensität des Jahres“ stattfinden wird, sagte Hecht. „Wir werden alles so hoch ansetzen, wie wir uns trauen, und es so lange wie möglich laufen lassen.“