Astronomi

Brug MOXIE på jorden

Brug MOXIE på jorden


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Jeg har for nylig læst om en maskine kaldet MOXIE, der syntetiserede ilt fra kuldioxid på Mars. Jeg har ikke været i stand til at få den nøjagtige idé om, hvordan tingene fungerer (selvom jeg har bemærket analogier med træer). Så mit spørgsmål er, hvorfor kan vi ikke bruge denne maskine på jorden? Vi ved, at den krise, som global opvarmning medfører, og en sådan maskine kan være lige, hvad vi har brug for for at tackle klimaændringerne. Men jeg ser underligt, at NASA kun har planer om at bruge det til astronauter. Hvorfor?


  1. For at producere O2 og C ud fra CO2 vil det ved termodynamik kræve mere energi end hvad der blev leveret ved at producere den samme mængde CO2 ved forbrænding af O2 og C1.

  2. Det producerer ilt med en hastighed, der er ubetydelig i planetariske skalaer.

Ideen vil være at give ilt til et lille habitat, der rummer et par astronauter, ikke at ændre sammensætningen af ​​Mars-atmosfæren ved hjælp af energi opnået fra andre kilder end brændende brændsel (sol, RTG'er ...).

Nytten for NASA ville være, hvis maskinens masse plus dens energikilder er mindre end ilt, som de skulle medbringe fra Jorden, hvis de ikke havde denne maskine.

På Jorden ville produktionen være irrelevant i omfanget af globale klimaændringer.

Og hvis du drev det med en kul / gas / olie generator, ville du ende endda værre at hvis du ikke havde gjort noget (og det er uden at overveje det økologiske fodaftryk -CO2 og andet ved at bygge det).

Hvis du drev den med solenergi / vind / søenergi ... ja, ville du ende bedre ved at bruge den sol / vind / søenergi direkte i nettet for at reducere mængden af ​​brændt gas / olie / kul til at producere energi globalt.

Fra energien POV kan dette give mening, når al energien på Jorden er produceret fra kulstoffrie kilder, og selv i så fald fortsætter stordriftsproblemerne.

Lige nu er de muligheder, vi har, at rationalisere brugen af ​​energi og vælge kulstoffrie kilder.

1Der er nogle teoretiske nitpicks om loven, der gælder for omvendte kemiske reaktioner (hvis MOXIE producerer C i en anden form end originalen, ville loven ikke gælde). Men i praksis gælder reglen.


Kunne NASAs MOXIE hjælpe astronauter med at trække vejret på Mars?

MOXIE-ingeniør Asad Aboobaker fra JPL forklarer, hvordan instrumentet fungerer i dette videointerview.

00:00
[Musik]
00:04
Hej
00:04
Jeg & # 39m Raquel Villanueva med nyhedsteamet.
00:06
Her på NASA & # 39 s Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Californien
00:10
nu lige nu sker der et spændende projekt
00:14
lige her, der en dag kunne hjælpe astronauter med at trække vejret
00:17
på en anden planet, når vi gør os klar til at gå
00:19
tilbage til månen og til sidst mars, så det er hvorfor jeg & # 39m
00:23
her med Asad Aboobaker er han systemingeniør
00:27
til et eksperiment kaldet moxie nu
00:30
moxie & # 39s vil være på den næste Mars Rover
00:32
og det vil hjælpe med at oprette eller det & # 39 s
00:35
vil prøve at skabe
00:36
ilt på mars så jeg har masser af
00:40
spørgsmål, hvis du har spørgsmål
00:42
læg dem i kommentarerne, der starter lige nu
00:45
så fortæl os først, hvor vi er, vi er
00:48
i JPL insitu udviklingslaboratorium og isru
00:52
er et akronym, der står for in-situ ressourceudnyttelse
00:55
og det betyder at være i stand til at bruge
00:57
ressourcer til rådighed for dig
00:59
på det sted, du tager til
01:00
snarere end at skulle medbringe alle de
01:02
uh råvarer med dig selv så øh
01:05
det gør det så, at du ikke behøver at øh
01:08
lancere så mange ting, du bare kan gå og
01:10
leve af landet så at sige så hvad er egentlig moxie?
01:13
Moxie er en ilt plante og Moxie
01:17
står for Mars
01:18
ilt isru eksperiment, og så hvad vi laver
01:22
demonstrerer vi teknologier, der
01:24
ville blive brugt til at generere ilt på overfladen af
01:27
mars uh på den næste marsmove, så du siger det
01:30
var et akronym før ja ja
01:32
så det er ligesom et akronym
01:36
akronym inden for et akronym, vi har det
01:37
isru midt i moxie-akronymet
01:39
hvilket er lidt rekursivt for dem
01:41
fans af perserne derude okay det
01:43
er meget at huske, jeg er meget imponeret
01:45
så kan du forklare os, hvordan moxie fungerer
01:48
Jo da
01:49
Ja, Moxie har dybest set inde i det
01:52
en pumpe, der trækker gas ind, dette er øh
01:55
indløbsrøret trækker gas ind, her går det
01:58
inde og vi kan se ind i vores
02:00
model lidt senere
02:01
ind i pumpen, som komprimerer den og
02:03
leverer det til vores elektrolysesystem
02:05
elektrolysesystemet fungerer ved 800 grader celsius
02:08
og det er ansvarligt for at gøre
02:10
elektrokemi, der reagerer Co2
02:13
med en katalysator og genererer ilt og
02:15
adskiller den fra co2-gasstrømmen
02:18
og kører den derefter gennem nogle sensorer
02:20
og dumper det uden for roveren, så sidste gang jeg så det, var det inde
02:23
denne slags glaskuppel med klokkekrukke, der er rigtig
02:26
hvad er det for det er fordi Mars
02:29
har en helt anden atmosfære end
02:30
jorden så
02:31
vi kan ikke simulere Mars 'operation effektivt
02:34
i en jordens atmosfære miljø så
02:36
vi lægger en glasklokke trukket her for at lave
02:39
det et vakuumsystem, så vi kan sætte ind
02:41
en marslignende atmosfære, der omkring 100
02:43
densiteten af ​​jorden & # 39s og mest Co2
02:45
og den anden ting, jeg bemærkede, var alt
02:47
bling er det egentlige guld
02:49
det er faktisk faktisk guld.
02:52
Guld er en meget effektiv reflektor
02:53
af infrarød varme, og fordi vi har
02:55
dette meget varme elektrolysesystem indeni
02:58
vi ønskede at sikre os, at vi ikke udstråler varme
03:01
på nogen af ​​de andre ting omkring os
03:03
inden for roveren og så pletterede vi det
03:05
guld for at sikre, at vi ikke forårsagede noget negativt
03:08
effekter på alt omkring os, så hvor varmt bliver det
03:11
indersiden bliver 800 grader celsius
03:14
og det er der, hvor elektrokemi sker, men
03:16
vi har en rigtig god installation
03:18
systemet omkring det, så ydersiden
03:20
bliver ikke meget forkert
03:21
og er du, jeg har hørt før du måske er
03:23
kører nogle tests på det.
03:25
Ja, hvad laver du lige nu & # 39; s
03:26
lige i dag har vi bare kørt nogle
03:27
yderligere tests bare for at sikre, at vi
03:29
forstå fuldstændigt, hvordan vi betjener instrumentet
03:31
på mars, og det giver seje lyde, når det
03:34
gør det dog seje lyde
03:35
det er lidt irriterende, så vi vil ikke køre det lige nu, jeg vil også gerne
03:38
ved hvordan det ser ud på indersiden godt, hvis du kan komme over
03:41
her har vi en model, der viser, hvordan de forskellige dele indeni ser ud
03:45
som sådan er dette dybest set det samme som i en 3D-trykt version af plast
03:49
så denne store del her
03:52
at & # 39 s dette det ville gå her dette er
03:53
hvor al elektronikken bor
03:55
dette er den pumpe, som jeg nævnte tidligere, så indløbsgassen kommer ind her
03:59
går ind i denne pumpe, og så bliver det
04:01
leveret til denne kasse her, som er elektrolysesystemet
04:04
og inde i denne valgte er denne kasse en masse isolering, der holder alt
04:09
varme ind og en elektrolysestak, der ser meget ud
04:12
meget som dette, og så er dette virkelig hjertet af moxie lige her
04:18
er det let åh nej det er det ikke ret tæt det er det meget
04:22
ja, du kan gå videre og hente det åh
04:23
Wow, ja, jeg forventede ikke, at det skulle være dette
04:25
tungt, fordi det ser let ud, når du først ser det rigtigt
04:27
Nå, jeg er meget stærk, så også det
04:31
Hvor meget ilt skaber dette lige nu?
04:34
Ingen
04:34
men på Mars vil det generere cirka seks gram i timen ilt.
04:39
Okay, og hvor meget koster det mennesker at overleve på det?

04:43
seks gram i timen kunne sandsynligvis holde en lille hund i live
04:46
hvis du ville beholde et sovende menneske
04:47
levende ville det sandsynligvis være tættere på 20 gram i timen ilt
04:51
um og hvis du ville køre et større system, der kunne
04:56
du ved, gør flere mennesker, det ville det
04:58
skal skaleres op lidt
05:01
så kortsigtede planer vil det være på roveren?
05:04
Korrekt, så hvor skal dette bo dette sidder inde i rovers mave
05:09
så på nogle måder er det lidt isoleret fra miljøet omkring os uh på mars uh men
05:14
det har et indgangsfilter, der sidder på ydersiden så
05:17
at hvor vi trækker gassen ind fra så
05:19
Jeg mener, hvis jeg var en Mars-rover ville
05:20
sandsynligvis være et eller andet sted omkring min flod
05:23
et eller andet sted ved jeg ikke nøjagtigt, at jeg ikke har det
05:25
Jeg er ikke læge Jeg er ikke den slags læge
05:27
og så ville langsigtede mål for det være det
05:30
skal være meget større end
05:31
dette fungerer absolut for mennesker ja
05:34
Vi har stort set brug for noget, der skaleres op
05:36
fra dette med omkring en faktor 200 for at gøre et nyttigt
05:39
system til fremtidig menneskelig udforskning af
05:41
Mars, der ikke bare er for at generere ilt til mennesker, der trækker vejret, men
05:46
vi vil ikke bare sende folk til Mars, vi vil også få dem tilbage og
05:49
et af de vigtigste elementer i at få folk tilbage fra
05:52
Mars er i stand til at få en raket fra overfladen
05:55
og ilt er en meget vigtig komponent i raketbrændstof
05:58
og sådan ville en opskaleret version af moxie
06:01
generere også oxidatoren til brug i
06:03
raketterne for at komme ud af overfladen af ​​Mars
06:06
Hvorfor er det lettere at fremstille ilt på Mars snarere end
06:10
bare tag det op, det kommer virkelig ned på
06:12
masse, vi kunne bare baseret på, hvad vi allerede har lært
06:16
fra moxie, der skalerer den moxie til en fuld
06:19
menneskelig efterforskningsskala ville få vejning
06:22
omkring et ton, mens hvis vi ville bringe
06:26
al den auktion med os fra jorden vi & # 39d
06:27
er nødt til at lancere noget som 200.000 tons ilt fra jorden meget snart
06:32
det er sandsynligvis det samme som dette.

Jeg vil også vide, har det en praktisk anvendelse
06:39
dag på jorden eller kan det være, måske ikke dette ikke specifikt i
06:43
den måde, det er gjort på Moxie, men øh øh teknologien kan bruges øh
06:48
på en række måder er det meget fleksibelt
06:50
Vi bare fordi det eneste, vi ved, vi har til rådighed, er Co2 på mars
06:54
men på jorden har vi andre ting tilgængelige som vand, og hvis du løber
06:57
vand og Co2 gennem denne slags elektrolysesystem
07:00
du kan generere ting, der er forløbere for
07:03
uh nyttige ting som brændstoffer eller plast eller sådan noget osv
07:06
dette måske noget som dette måske øh
07:08
ender med at reducere vores afhængighed af fossile brændstoffer
07:11
Moxie har et stort potentiale lige nu
07:12
absolut hvad har det brug for for at få succes
07:14
på Mars hvad der skal ske
07:16
vi er nødt til at komme derhen, og vi har brug for noget elektricitet
07:20
og så er vi klar til at gå, og er der nogen spørgsmål herude absolut ja
07:24
så på emnet elektricitet vil de vide, hvor meget strøm
07:28
bruger det, det er et godt spørgsmål, når vi er ved fuld tilt-generering
07:31
ilt tager det cirka 260 watt elektrisk strøm
07:35
og så vi kører genererer vi ilt i cirka to timer potentielt og på det tidspunkt
07:41
På det tidspunkt tømmer vi dybest set Rover & # 39s batterierne, så de bliver nødt til at gøre det
07:44
stop, og de skal genoplade, så vi er igen
07:46
også at blive spurgt kunne teknologi som denne bruges til at reducere
07:49
CO2 i jordens atmosfære?
07:52
Det afhænger af, hvordan du genererer elektricitet for at køre den så
07:56
for eksempel hvis du bruger fossile brændstoffer til at generere elektricitet til
07:59
reager med co2, så hjælper det ikke, men hvis du måske har sol eller
08:04
vind så ja du kunne, men så er en af ​​outputene i denne proces
08:07
kulilte, så så skal du finde ud af, hvad du skal gøre
08:10
med affaldsproduktet, der er kulilte, er det industrielt nyttigt at
08:14
du ved der sandsynligvis, hvis vi brugte dette på jordskala
08:18
det kan have mere kulilte, end vi ved, hvad vi skal gøre med det rigtige, og vi har det
08:22
havde også mange mennesker udtrykt interesse for at arbejde hos JPL og NASA.


13. maj: Percys MOXIE udtrækker ilt fra Mars og atmosfæren

I en anden første for NASAs Perseverance-rover har et terningformet instrument kaldet MOXIE eller Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment med succes omdannet noget af Mars atmosfæriske kuldioxid til ilt. Plus en vild samling af historier, herunder exoplaneter, himmelkort, hurtige radio bursts, meteoritter, problemet med symmetri og nye timelapse-billeder i Google Earth.

Bio: Dr. Pamela Gay er seniorforsker ved Planetary Science Institute og direktør for CosmoQuest.

Dagens sponsor: Stor tak til vores Patreon-tilhængere i denne måned: Dustin A Ruoff, Brett Duane, Kim Hay, Nik Whitehead, Timo Sievänen, Michael Freedman, Paul Fischer, Rani Bush, Karl Bewley, Joko Danar, Steven Emert, Frank Tippin, Steven Jansen, Barbara Geier, Don Swartwout, James K. Wood, Katrina Ince, Michael Lewinger, Phyllis Simon Foster, Nicolo DePierro, Tim Smith.

Overvej venligst at sponsorere en dag eller to. Klik på knappen "Doner" nederst til venstre på denne webside, eller kontakt os på [email protected]

Slutningen af ​​podcast:

365 Days of Astronomy Podcast er produceret af Planetary Science Institute. Audio efterproduktion af Richard Drumm. Båndbredde doneret af libsyn.com og wizzard media. Du kan gengive og distribuere denne lyd til ikke-kommercielle formål.

Dette show er muliggjort takket være de generøse donationer fra mennesker som dig! Overvej at støtte vores show på Patreon.com/365DaysofAstronomy og få adgang til bonusindhold.

Efter 10 år er podcasten 365 dage med astronomi klar til at gå ind i sit andet årti med at dele vigtig milepæl inden for udforskning af rummet og opdagelser i astronomi. Deltag i os og del din historie. Indtil i morgen! Farvel!


Med udholdenhed og lidt MOXIE skal MIT til Mars

Den 30. juli åbnes et to ugers vindue med muligheder for udholdenhed - den nyeste Mars-rover, smedet i ånden af ​​menneskelig nysgerrighed - for at begynde sin rejse mod den røde planet med en lancering fra Cape Canaveral Space Launch Center i det østlige Florida kyst. Med MIT's hjælp vil denne seneste NASA-mission bygge på arven fra sine omgangslaboratoriums forgængere og grave dybere end nogensinde før i spørgsmål om livet på Mars.

I sin nuværende tilstand er Mars ugjævnelig, overfladen er støvet, og det eneste tilgængelige vand er frosset nær polerne, dybt under jorden eller så tæt bundet til jorden, at det skal koges i en ovn for at udvinde det. Luften er uåndbar, og den tynde atmosfære tillader bekymrende niveauer af stråling, mens den opretholder en gennemsnitstemperatur på -81 grader Fahrenheit. På et tidspunkt i fortiden kan det dog have lignet meget mere på Jorden og måske have været mere bæredygtigt for livet.

Målene med udholdenhed - en signaturkomponent i den større Mars 2020-mission - er at udforske spørgsmål om denne tidligere beboelighed, at karakterisere miljøet og at hjælpe med at bane vejen for fremtidig menneskelig udforskning. Et af syv eksperimenter, der rejser på roveren, vil specifikt adressere fremtidige menneskelige missioner til Mars: MOXIE, forkortelse for Mars OXygen In situ ressourceudnyttelseseksperiment, vil hjælpe os med at forberede os til de første missioner ved at demonstrere, at vi kan fremstille vores eget ilt på Mars til brug til raketdrivmiddel og til besætningen at trække vejret, når astronautforskere ankommer der. MOXIE blev foreslået og udviklet gennem et samarbejde mellem forskere ved MIT's Haystack Observatory og MIT Department of Aeronautics and Astronautics (AeroAstro) sammen med ingeniører ved NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL).

MIT er også godt repræsenteret i andre aspekter af missionen. Udholdenhed vil bære et sofistikeret system til udvælgelse, udboring, caching og konservering af sten- og jordprøver, som en dag skal bringes tilbage til Jorden. Lektor i geobiologi Tanja Bosak og professor i planetvidenskab Ben Weiss, begge fra MIT Department of Earth, Atmospheric, and Planetary Sciences (EAPS), deltager forskere, der vil arbejde med dette system for at hjælpe med at vælge hvilke prøver fra Mars-overfladen, indsamle og analysere. Og Ariel Ekblaw, en kandidatstuderende i mediekunst og videnskab og grundlægger og leder af MIT Media Lab Space Exploration Initiative, bidrog til et rovereksperiment i løbet af en sommer på JPL, der vil søge efter beviser for tidligere mikrober.

Det lille mekaniske træ

I filmen The Martian fra 2015, da astronaut Mark Watney (spillet af Matt Damon) blev efterladt strandet på Mars, lykkedes det ham at overleve længe nok til at koordinere en rendezvous redningsmission med sit besætningsmedlem ved at leve fra den røde planets land. Dette er det grundlæggende princip bag in situ ressourceudnyttelse, eller ISRU, og MOXIE repræsenterer et vigtigt første skridt i realiseringen af ​​ISRU for fremtidige Mars-opdagelsesrejsende.

"Ikke kun har du brug for ilt for folk at trække vejret, men du har også brug for det for raketten at trække vejret. Hvis du brænder brændstof, har du brug for ilt til at forbruge det," siger Michael Hecht, MOXIE hovedforsker og forskningsdirektør ved MIT. Haystack Observatory i Westford, Massachusetts. "Der er en grund til, at ilttanke er de tungeste genstande i et rumfartmanifest."

Lanseringer forbruger meget brændstof: At drive et rumfartøj for at forlade jordens tyngdekraft kræver meget energi, og at vende tilbage til jorden kræver at gøre det igen. Hvad mere er, de tunge tanke, der kræves til at transportere ilt, der er nødvendige for en given mission, optager dyrebar ejendom i et omhyggeligt kalibreret rumfartøj. Det er her ISRU-tilgangen kommer ind.

"I stedet for at tage det med os, hvorfor ikke bare gøre det, når vi kommer derhen, som vi har brug for det?" Siger Hecht. "Der findes ilt på Mars, bare ikke i en form, vi kan bruge det. Så det er det problem, vi forsøgte at løse med MOXIE."

En mulig iltkilde er is, der findes under Mars overflade. Men minedrift af denne is ville kræve komplekse maskiner, og den fysiske handling ved at grave og bore ville lægge betydelig slitage på udstyr, hvilket er et problem, når en reparationsperson er en planet væk. Heldigvis var der en anden potentiel ressource, som holdet kan tappe for at generere ilt: atmosfæren.

Denne kunstners gengivelse viser NASAs Perseverance-rover i aktion, der udforsker Jezero-krateret på Mars. Med MIT's hjælp vil udholdenhed grave dybere ned i spørgsmål om livet på den røde planet end nogensinde før. Kredit: NASA / JPL-Caltech

"Med minedriftstilgangen er du nødt til at udvinde isen, forfine og behandle den for at frigive iltet og bringe det tilbage, hvilket bare ikke er noget, vi kan gøre robotisk, især inden for vores pladsbegrænsninger," siger Hecht. "Jeg ønskede at finde en meget enklere tilgang. Marsatmosfæren er omkring 96 procent kuldioxid, så vi byggede et lille mekanisk træ, for det er meget lettere end at bygge et miniature, selvstændigt mineselskab."

MOXIE's mål: opsamle den kuldioxid, der er rigeligt i Mars luft, omdanne den til ilt og måle iltets renhed. Efter at have trukket Mars-luft ind, filtrerer systemet støv ud, komprimerer det og føder det derefter ind i Solid OXide Electrolyzer (SOXE), nøgleelementet, der tager kuldioxid under tryk og bruger en kombination af elektricitet og kemi til at opdele molekylet i ilt og kulilte. Renheden af ​​iltet analyseres, og derefter frigives iltet tilbage i Mars-atmosfæren.

I øjeblikket er planen at udføre mindst 10 iltproducerende kørsler gennem hele missionen under så mange forskellige sæsonbetingede og miljømæssige forhold som muligt. På grund af den intense mængde energi, der kræves for at køre MOXIE-eksperimentet, vil teamet koordinere med de andre forskere, som bliver nødt til at slukke for MOXIEs flere timers løbetid og derefter vente på det meste af en marsdag ( kaldes en sol) for udholdenhedens batterier at genoplade. Dataene sendes tilbage til et laboratorium på MITs campus, hvor MOXIEs præstationer analyseres.

I 2013 fremsendte NASA en indkaldelse af forslag til iltgenererende eksperimenter til 2020-roveren inden for specifikke parametre. På trods af at han arbejdede på Phoenix Mars Lander-missionen i sin 30-årige periode hos JPL, da Hecht flyttede til sin nuværende stilling ved MIT Haystack Observatory i 2012, forventede han ikke længere at være en "Mars-fyr" - han troede, han var færdig. med Mars for godt. Men hans tidligere JPL-kolleger var uenige og bad ham om at lede eksperimentet som hovedforsker. Ifølge Hecht mente han, selv efter at han underskrev, projektforslaget var et langt skud, men i juli 2014 fik han og hans kolleger besked om, at de landede projektet.

"Forskere ved andre NASA-laboratorier havde en enorm start og en masse teknologiarv. MOXIE's valg var en enorm overraskelse for mig," siger Hecht. "Da denne mission har et menneskecentreret fokus, vidste jeg, at vi var nødt til at etablere reel troværdighed over for det menneskelige efterforskningssamfund, at vi ikke bare ledte efter en undskyldning for at gøre noget interessant videnskab. Så hvordan overbeviser vi dem om, at vi er for virkelige, og vi vil hjælpe med menneskelig udforskning? Det tog mig cirka fem minutter at tænke på Jeff Hoffman. "

Hoffman, professor i praksis i MIT AeroAstro, ved bestemt noget eller to om menneskelig rumforskning. Han loggede fire rumvandringer på sine fem rumflyvninger i løbet af sin karriere som NASA-astronaut - inklusive den første rednings- / genopretningsmission til at reparere Hubble-rumteleskopet i 1993.

Ud over Hoffmans omfattende erfaring med menneskelig rumfart delte han en anden forbindelse med Hecht: Hecht var Hoffmans første kandidatstuderende som ny MIT-forsker, inden han blev indkaldt til at komme ind i astronautprogrammet i 1978 og forfølge en karriere hos NASA. Han vendte tilbage til MIT-fakultetet i 2001, og udover at være stedfortrædende hovedforsker på MOXIE leder han Human Systems Lab ved MIT og underviser i kurser om menneskelige rumfart-systemer.

”Det er en stor oplevelse at samarbejde med en tidligere kandidatstuderende som kolleger, især på et projekt som MOXIE, fordi det viser, hvor vigtigt kandidatstuderende er for forskningsprocessen i en historie, der kommer i fuld cirkel,” siger Hoffman. "Ikke alene udfører kandidatstuderende det daglige arbejde med et projekt, men vi udvikler også den næste generation af mennesker, der fortsætter udforskningen af ​​ikke kun Mars, men hele solsystemet."

AeroAstro Ph.D. studerende Eric Hinterman SM '18 og Maya Nasr '18 har været på MOXIE-teamet siden 2016, da Hinterman arbejdede på sin kandidatgrad, og Nasr udførte et MOXIE-relateret forskningsprojekt som junior i luftfart og astronautik.

I marts 2019 installerede medlemmer af NASAs Mars 2020-projekt Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment (MOXIE), som ikke er større end et bilbatteri, i chassiset til Perseverance Rover. MOXIE vil demonstrere en måde, hvorpå fremtidige opdagelsesrejsende kan producere ilt fra Mars-atmosfæren til drivmiddel og vejrtrækning. Kredit: NASA / JPL

Til sin speciale havde Nasr fokus på at kalibrere sensorerne i MOXIE-enheden ved at udføre eksperimenter under forskellige tryk og temperaturer og forhold, der efterligner miljøet på Mars. Målet med hendes herres arbejde var at forstå, hvordan sensorerne kan opføre sig anderledes i et miljø som Mars, og at kalibrere dem i overensstemmelse hermed, så de ville sende nøjagtige data tilbage, mens de var på missionen. Hendes Ph.D. arbejdet vil fokusere på at behandle og analysere både MOXIE eksperimentelle laboratoriedata og telemetridata, der sendes tilbage fra Mars, hvilket vil hjælpe med at bestemme, hvor godt enheden fungerer i sin opgave med at udvinde ilt.

"For mig personligt betyder det meget at arbejde på dette projekt, og det er forbløffende, at lanceringen allerede sker. Jeg voksede op i Libanon og husker at jeg så Curiosity Rover landing, og på det tidspunkt var NASAs JPL-direktør Dr. Charles Elachi , der oprindeligt er libanesisk, ”siger Nasr. "At se ham i missionskontrol fik mig til at indse, at det var muligt at være en del af en Mars-mission, og det er en af ​​grundene til, at jeg ansøgte om MIT."

Det nyeste medlem af MOXIE-teamet er AeroAstro-kandidatstuderende Justine Schultz, der tiltrådte i slutningen af ​​foråret 2020. Schultz, der også arbejder fuld tid hos General Electric, vil fokusere sit kandidatarbejde på at konstruere en detaljeret termisk model af MOXIE.

Da "Mars OXygen In situ resource utilization Experiment" er en mundfuld, ville Hecht blive kreativ med projektnavnet. Den første inspiration kommer fra Moxie soda, som blev opfundet i Massachusetts i 1800'erne som en nervedæmpende tonic. Da virksomheden blandede det med sodavand for ekstra kulsyre, begyndte det at flyve ud af hylderne og blev en af ​​de første masseproducerede sodavand i USA.

Ud over den lokale forbindelse og kuldioxidens vigtige rolle i Moxie sodas succeshistorie, mente Hecht, at betydningen bag ordet, der er blevet en del af vores kulturelle leksikon, var særlig passende for projektet. Merriam-Webster definerer "moxie" som "energi, pep, mod, beslutsomhed og know-how." Den dybere betydning blev endnu mere relevant, da verden kæmpede med en farlig global pandemi med målstregen i syne.

"Situationen med coronavirus medførte bestemt nogle forsinkelser, hvorfra vi troede, vi ville være, men heldigvis bragte det aldrig missionen i fare. På trods af nogle tilbageslag var vi i stand til at dreje og tilpasse os for at holde lanceringen på rette spor," sagde Hecht. "Men COVID-19 forbandet, vi lancerer denne rover."

Startvinduet er en vigtig faktor, fordi det markerer den periode, hvor Jordens bane omkring solen er på linje med Mars på en sådan måde, at en raket kan følge en flyvebane som at skifte baner på en motorvej for at møde sit mål landingssted på Mars Jezero-krater. Vinduet lukkes den 15. august og åbner ikke igen i yderligere 26 måneder.

”Selvom det vil være trist at ikke have det øjeblik, hvor vi fejrer personligt sammen, er det kritiske, at vi kommer på overfladen Mars og producerer ilt, hvilket vi vil gøre online hjemmefra,” siger Hoffman. "Ser vi på alt, hvad der er sket i de sidste par måneder, og alle de mennesker, der har arbejdet hårdt for at få Mars 2020 klar til lancering på trods af at verden omkring os lukker, er jeg glad for, at vi gik med navnet Udholdenhed, fordi vi hængte derinde og udholdenhed med missionen er blevet navnet på spillet. "


Det tager MOXIE at skabe oxy på Mars & # 8211 et trin nærmere menneskeheden & andet hjem

MOXIE ses her sænkes på plads under samlingen af ​​udholdenhed. Billedkredit: NASA / JPL-Caltech

Da vi fortsætter med at trash denne verden, gør NASA-forskere det muligt for os at leve på en anden. Den seneste succes med Perseverance-roveren er demonstrationsteknologien kendt som MOXIE. Forkortelsen står for Mars Okseygen jegN-Situ ressourceudnyttelse Experiment.

Hvad er MOXIE?

Det er et laboratorium i en kasse, der vejer 17,1 kg (37 pund) her på Jorden, langt mindre på Mars. Det handler om størrelsen på et bilbatteri og blev leveret til Mars-overfladen gemt inde i Perseverance Rover. Dens entydige formål er at ekstrahere ilt (O2) fra Mars-atmosfæren, som er sammensat af 96% kuldioxid (CO2). Ilt på Mars er en sporgas, der udgør kun 0,13%, hvilket betyder, at vi mennesker ikke kunne få vejret, hvis vi prøvede, når vi var på planeten uden en bærbar lufttilførsel.

Hvorfor har NASA oprettet MOXIE?

At generere O2 fra en så svag atmosfære, som Mars har (kun 1% af jordens volumen) og i vid udstrækning består af CO2, betragtes som kritisk for enhver fremtidig menneskelig mission til planeten. Vi kan ikke bære en nyttelast med tilstrækkelig åndbar luft og O2 til fremstilling af flydende ilt (LOX) til drivmiddel til tilbagevenden til jorden. Vi er derfor nødt til at udvinde det in situ, med andre ord ved hjælp af lokale ressourcer ved hånden. In situ ressourceudnyttelse (ISRU) ses af NASA som en nøgle til fremtidige Mars-missioner og bestemt for enhver midlertidig eller permanent bosættelse på planeten.

Hvordan fungerer MOXIE?

CO2 anskaffelsessystem suger Mars-luft ind i det og sætter det under tryk for at tilnærme Jordens atmosfære. Luften føres derefter til en solid oxidelektrolyser givet akronymet SOXE, som opvarmer det til 800 Celsius (1.472 Fahrenheit) grader, hvor luften opdeles i separate molekylære komponenter via en elektrokemisk proces. Dette frigiver O2 i, hvad NASA beskriver som at køre en omvendt brændselscelle. Når O2 er trukket ud, er udstødningen afkølet og derefter filtreret for at sikre, at ingen roverbårne forurenende stoffer fra Jorden, der muligvis har trukket en tur på udholdenhed, kan introduceres i Mars-atmosfæren. MOXIE overvåger produktionshastighed og renhed gennem hele processen. Slutresultatet er høst af 10 gram O2 i timen svarende til en times åndbar luft.

Med MOXIE-succes, hvad har du brug for i fremtiden?

MOXIEs første eksperiment rapporteret i denne uge, og resultaterne viser, at det fungerer. Det producerede 5 gram O2 eller ca. 10 minutter åndbar luft. Det er klart, at der er behov for en meget større version til fremtidige menneskelige missioner, ikke kun for at producere luft til vejrtrækning, men LOX for drivmiddel.

I en NASA-pressemeddelelse i denne uge citeres Jim Reuter, assisterende administrator af Space Technology Mission Directorate med angivelse af, & # 8220Dette er et kritisk første skridt til at omdanne kuldioxid til ilt på Mars. MOXIE har mere arbejde at gøre, men resultaterne fra denne teknologidemonstration er fulde af løfter, når vi bevæger os mod vores mål om en dag at se mennesker på Mars. & # 8221

NASA håber at være i stand til at fremstille mere end 75% af in-situ drivmiddelkomponenter inklusive LOX og flydende brint, som ville blive høstet fra de store mængder is, som vi nu ved, ligger lige under store områder af Mars overflade. De krævede tal udgør 7 ton brint og 25 ton O2 produceret in situ. En MOXIE på størrelse med et ton skal være i stand til at producere den slags volumener NASA-projekter efter behov.

Hvad er der stadig tilbage for MOXIE at demonstrere?

NASA ønsker at køre MOXIE under forskellige forhold, det vil sige på forskellige tidspunkter på Marsdagen og i de skiftende årstider, der udfolder sig på planeten i det næste marsår (næsten 2 jordår). Det vil være interessant at se, hvordan døgntemperaturvariationer, som er langt mere ekstreme på Mars, påvirker O2-produktionen. NASA planlægger derfor at lade MOXIE køre ni eksperimenter i løbet af udholdenhedens første år på planeten.

Illustrationen viser MOXIE og instrumenteringen indeni den. Billedkredit: NASA / JPL


I en teknologisk første har NASA lavet en slurk åndbar luft på Mars

Nå, er ikke dette et frisk pust: Et eksperiment ombord på Mars Perseverance-roveren designet til at producere åndbart ilt fra kuldioxid er blevet tændt og fungerer! Den 20. april producerede den 5 gram ilt - ikke en enorm mængde, men det er designet til at producere så meget som 10 gram i timen, og dette er første gang, ilt er omdannet fra den oprindelige luft på en anden planet.

Enheden hedder MOXIE - Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment - og den er lille (som alt, hvad der sendes til Mars, er størrelse og masse til en præmie). Det er omkring 24 x 24 x 31 centimeter i størrelse (ca. størrelsen af ​​en brødristerovn eller et internt forbrændingsbilbatteri) og har en masse på 17 kg, hvilket betyder at den kun vejer 14 pund på Mars overflade.

Mere dårlig astronomi

Atmosfæren på Mars er mere end 95% kuldioxid (resten er argon- og sporgasser), og hvert molekyle kuldioxid har to iltatomer. MOXIE arbejder ved at tegne CO2 fra luften og ved hjælp af elektricitet til at knække molekylerne, hvilket skaber kulilte (CO) og iltmolekyler (O2) - for kemi-entusiaster opdeler en katode CO2 og en anode opsamler O2. Den har en indbygget sensor, der kan kontrollere renheden af ​​O2 created, and then vents it back out into the atmosphere.

The MOXIE instrument is seen here as it was being installed into the Perseverance rover at JPL in California in March, 2019. Credit: NASA/JPL-Caltech

It takes a bit of power and heat to do this MOXIE consumes 300 Watts, and generates temperatures up to 800° C! It's very carefully designed to vent that heat in a way that doesn't damage anything else on the rover, and is also insulated so waste heat doesn't cause any issues either.

MOXIE is a testbed, designed to see if this sort of thing is even possible on Mars. The fact that it worked at all is very cool, and I'll be interested in seeing how it performs when cranked up to full capacity.

The reason for all this is somewhat obvious humans need oxygen to live. We consume about 850 grams of O 2 a day as we breathe, or roughly 300 kilos (nearly 700 pounds) per year. MOXIE by itself can't produce that much, but again it's not designed to actually do that, it's just to make sure the tech works. Still, just four MOXIEs could keep a human breathing on Mars. That first amount it made, 5 grams, is enough for about 10 minutes worth of breathing for a single person.

The MOXIE experiment is located on the front right corner of the rover Perseverance, just behind the mast that holds many of its high-resolution cameras. Credit: NASA/JPL-Caltech

But O2 is far more useful that just keeping bags of animated meat walking around. It's also a necessary component of rocket propellant. In that case, a lot more is needed: It takes roughly 6 tons of O2 per astronaut for a rocket to get off Mars and into space (assuming the type of propellant NASA is looking at for future mission). Taking that much oxygen to Mars is difficult, so being able to make it in situ is critical to human exploration. Even if some future superMOXIE weighs several tons, it would be better in the long run to send that to Mars to make air.

MOXIE will be used many more times over the next Martian year (which is two Earth years long) and under different conditions to make sure it works well at different times of day and year. Mars has seasons, and temperatures swing quite a bit over the course of a day and year, depending on location, so it's important to see how MOXIE behaves under these circumstances.

The southern polar ice cap of Mars (using infrared, green, and blue light), which is mostly water ice with a thin layer of carbon dioxide ice on top, taken by Mars Express. Credit: ESA / G. Neukum (Freie Universitaet, Berlin) / Bill Dunford

In case you're wondering, using something like MOXIE to terraform Mars — make it more Earth-like, with a breathable atmosphere — won't work, at least not by itself. For one thing, say you could convert 1000 tons of CO2 into O2 a day: It would still take 70 million years to convert the entire atmosphere. And even then it's nowhere near enough the oxygen in Earth's atmosphere by mass is 40 times the mass of the entire Mars atmosphere. So it would still be only a fraction of the oxygen needed*.

And you'd still need nitrogen or some other inert gas to make up most of the rest of the air there. As I've pointed out before, there's not enough frozen CO2 at the poles to make a dent in these numbers. If we want to make Mars habitable, it'll take a heckuva lot more effort.

But, the good news is that if and when we put humans on Mars we don't need them to be able to walk around in fresh air. They can live in habitats, either above or below ground, which will take a lot less O2 to work. MOXIE is the first step toward that, and so far it appears to be a good one.

* You'd need less overall because Mars is smaller, but that's a tiny correction compared to a massive shortfall.


Making Oxygen on Mars Takes MOXIE

O xygen on Mars is is essential for future space travelers, and a proof-of-concept experiment carried out aboard the Perseverance rover succeeded in producing a small amount of the essential gas for the first time.

The atmosphere of Mars contains about 96 percent carbon dioxide. This molecule can be converted into oxygen and carbon monoxide (a waste product) though chemical processes. However, this has never been done on another world — until now.

MOXIE — Without the Terrible Aftertaste

On April 20, The Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment (MOXIE), a toaster-sized instrument aboard Perseverance, separated oxygen from the tenuous carbon-dioxide-rich Martian atmosphere.

“MOXIE is a short, snappy name for a tool that helps lead to human footprints on Mars. It helps humans explore Mars by making OXygen. It works “ In situ” (in place) on the Red Planet, and is an Experiment,” NASA explains.




A look at Martian exploration — today and in the future — with Dr. Kirsten Siebach and Dr. Fatima Ebrahimi. Video credit: The Cosmic Companion

Bringing air, water, and other supplies needed for life to another is prohibitively difficult and costly. Producing these essential molecules from native resources is essential to populating the Moon, Mars, and worlds beyond.

“This is a critical first step at converting carbon dioxide to oxygen on Mars. MOXIE has more work to do, but the results from this technology demonstration are full of promise as we move toward our goal of one day seeing humans on Mars. Oxygen isn’t just the stuff we breathe. Rocket propellant depends on oxygen, and future explorers will depend on producing propellant on Mars to make the trip home,” said Jim Reuter, associate administrator for NASA’s Space Technology Mission Directorate (STMD).

Fuel needs oxygen to burn, and space travel will use up significantly more oxygen than the lungs of colonists. A small human colony on Mars might use around one metric ton of breathable oxygen over the course of a year. A single rocket launch lifting four humans off the surface of Mars would require 25 metric tons of the precious element (about the mass of a space shuttle!), along with seven metric tons of fuel.

While ferrying this 25 tons of oxygen to Mars would prove prohibitively expensive, bringing a one-ton converter to the Red Planet is much easier, and efficient (once it is designed and manufactured). While MOXIE is about the size of a car battery, future instruments to extract oxygen on Mars, supporting human colonists, will need to be the size of a car.

Do it Again! Do it Again!

“It’s not that simple. We’re talking about going to Mars. Living on Mars! How can I give up becoming one of the colonisers of another planet?”
― Rita Carla Francesca Monticelli, Deserto rosso — Punto di non ritorno

MOXIE produced roughly five grams of oxygen on Mars during its first demonstration — enough for one person to breathe for around 10 minutes. At full operation, this instrument should be able to generate around 10 grams per hour.

Over the next Martian year (roughly two Earth years), researchers plan at least nine additional, successively-more-challenging runs of MOXIE. The instrument will be tested in various conditions, over the course of several seasons.




A cutaway look at MOXIE — the first instrument ever convert Martian atmosphere into breathable oxygen. Video credit: NASA/JPL-Caltech

Technologies like MOXIE will need to be developed to extract essential resources — like oxygen — from native materials on Mars, if we hope to, one day, live on the Red Planet.

“It’s taking regolith, the substance you find on the ground, and putting it through a processing plant, making it into a large structure, or taking carbon dioxide — the bulk of the atmosphere — and converting it into oxygen. This process allows us to convert these abundant materials into useable things: propellant, breathable air, or, combined with hydrogen, water,” Trudy Kortes, director of technology demonstrations at STMD, stated.

The conversion of carbon dioxide into oxygen can occur at temperatures around 800 C (1,470 F). MOXIE is constructed from 3D-printed nickel alloy parts, and a lightweight aerogel to hold in heat. Finally, the unit is wrapped in a thin layer of gold, reflecting infrared radiation, protecting the rest of the spacecraft from heat.

The Perseverance rover was designed to explore every aspect of Mars — including the possibility that the Red Planet once had life. Another revolutionary technology demonstration was carried out in the first test flights of Ingenuity — the first helicopter to fly on another world.

Even if evidence for ancient life on Mars is not found by Perseverance, by producing oxygen on Mars for the first time, this SUV-sized spacecraft has already helped lay the groundwork for the future human exploration of the Red Planet.

James Maynard

James Maynard is the founder and publisher of The Cosmic Companion. He is a New England native turned desert rat in Tucson, where he lives with his lovely wife, Nicole, and Max the Cat.

Where Did Water on Mars Go? Maybe, Nowhere.

The Sunrise Solar Eclipse on June 10 is for the Snowbirds!

Scott Lambros and the James Webb Space Telescope – The Cosmic Companion May 18, 2021

Upcoming Guests

June 29 (s4/e26): Alyssa Mills, Graduate intern at JPL, talks about the largest moon in the Solar System, Ganymede.

July 6 (s5/e1): SEASON FIVE PREMERE! New York Times bestselling author Earl Swift, author of Across the Airless Wilds, the first major history of NASA’s lunar buggy.

July 13 (s5/e2):

Stella Kafka, CEO of The American Association of Variable Star Observers, talking about Betelgeuse.

July 20 (s5/e3):

Geoff Notkin, host of Meteorite Men on the Science Channel and president of the National Space Society, talks meteorites.

July 27 (s5/e4):

CHIME member Kaitlyn Shin, MIT grad student, explains fast radio bursts (FRBs)

August 3 (s5/e5):

Teaching science to children with Stephanie Ryan, author of “Let’s Learn Chemistry.”

Subscribe to our Newsletter!

Ja! Sign me up for the Cosmic Companion newsletter!

Appreciation

“Nobody doesn’t love astronomy out there, and you’re in the middle of that, so keep that going.” – Neil deGrasse Tyson

“The show is a great way to keep up with new discoveries in space sciences. One gets to directly hear from scientists in an easy to understand language.”- Dr. Dimitra Atri, NYU Abu Dhabi

“Your site is great, and I think your videos are wonderful.” – Dr. Jack Hughes, Rutgers University


NASA's Perseverance Mars rover extracts first oxygen from Red Planet

The growing list of "firsts" for Perseverance, NASA's newest six-wheeled robot on the Martian surface, includes converting some of the Red Planet's thin, carbon dioxide-rich atmosphere into oxygen. A toaster-size, experimental instrument aboard Perseverance called the Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment (MOXIE) accomplished the task. The test took place April 20, the 60th Martian day, or sol, since the mission landed Feb. 18.

While the technology demonstration is just getting started, it could pave the way for science fiction to become science fact -- isolating and storing oxygen on Mars to help power rockets that could lift astronauts off the planet's surface. Such devices also might one day provide breathable air for astronauts themselves. MOXIE is an exploration technology investigation -- as is the Mars Environmental Dynamics Analyzer (MEDA) weather station -- and is sponsored by NASA's Space Technology Mission Directorate (STMD) and Human Exploration and Operations Mission Directorate.

"This is a critical first step at converting carbon dioxide to oxygen on Mars," said Jim Reuter, associate administrator STMD. "MOXIE has more work to do, but the results from this technology demonstration are full of promise as we move toward our goal of one day seeing humans on Mars. Oxygen isn't just the stuff we breathe. Rocket propellant depends on oxygen, and future explorers will depend on producing propellant on Mars to make the trip home."

For rockets or astronauts, oxygen is key, said MOXIE's principal investigator, Michael Hecht of the Massachusetts Institute of Technology's Haystack Observatory.

To burn its fuel, a rocket must have more oxygen by weight. To get four astronauts off the Martian surface on a future mission would require approximately 15,000 pounds (7 metric tons) of rocket fuel and 55,000 pounds (25 metric tons) of oxygen. In contrast, astronauts living and working on Mars would require far less oxygen to breathe. "The astronauts who spend a year on the surface will maybe use one metric ton between them," Hecht said.

Hauling 25 metric tons of oxygen from Earth to Mars would be an arduous task. Transporting a one-ton oxygen converter -- a larger, more powerful descendant of MOXIE that could produce those 25 tons -- would be far more economical and practical.

Mars' atmosphere is 96% carbon dioxide. MOXIE works by separating oxygen atoms from carbon dioxide molecules, which are made up of one carbon atom and two oxygen atoms. A waste product, carbon monoxide, is emitted into the Martian atmosphere.

The conversion process requires high levels of heat to reach a temperature of approximately 1,470 degrees Fahrenheit (800 Celsius). To accommodate this, the MOXIE unit is made with heat-tolerant materials. These include 3D-printed nickel alloy parts, which heat and cool the gases flowing through it, and a lightweight aerogel that helps hold in the heat. A thin gold coating on the outside of MOXIE reflects infrared heat, keeping it from radiating outward and potentially damaging other parts of Perseverance.

In this first operation, MOXIE's oxygen production was quite modest -- about 5 grams, equivalent to about 10 minutes' worth of breathable oxygen for an astronaut. MOXIE is designed to generate up to 10 grams of oxygen per hour.

This technology demonstration was designed to ensure the instrument survived the launch from Earth, a nearly seven-month journey through deep space, and touchdown with Perseverance on Feb. 18. MOXIE is expected to extract oxygen at least nine more times over the course of a Martian year (nearly two years on Earth).

These oxygen-production runs will come in three phases. The first phase will check out and characterize the instrument's function, while the second phase will run the instrument in varying atmospheric conditions, such as different times of day and seasons. In the third phase, Hecht said, "we'll push the envelope" -- trying new operating modes, or introducing "new wrinkles, such as a run where we compare operations at three or more different temperatures."

"MOXIE isn't just the first instrument to produce oxygen on another world," said Trudy Kortes, director of technology demonstrations within STMD. It's the first technology of its kind that will help future missions "live off the land," using elements of another world's environment, also known as in-situ resource utilization.

"It's taking regolith, the substance you find on the ground, and putting it through a processing plant, making it into a large structure, or taking carbon dioxide -- the bulk of the atmosphere -- and converting it into oxygen," she said. "This process allows us to convert these abundant materials into useable things: propellant, breathable air, or, combined with hydrogen, water."

More About Perseverance

A key objective of Perseverance's mission on Mars is astrobiology, including the search for signs of ancient microbial life. The rover will characterize the planet's geology and past climate, pave the way for human exploration of the Red Planet, and be the first mission to collect and cache Martian rock and regolith (broken rock and dust).

Subsequent NASA missions, in cooperation with ESA (European Space Agency), would send spacecraft to Mars to collect these sealed samples from the surface and return them to Earth for in-depth analysis.

The Mars 2020 Perseverance mission is part of NASA's Moon to Mars exploration approach, which includes Artemis missions to the Moon that will help prepare for human exploration of the Red Planet.

NASA's Jet Propulsion Laboratory in Southern California, which is managed for NASA by Caltech in Pasadena, California, built and manages operations of the Perseverance rover.


The Mars Rover just took a huge step towards humans living on Mars

Perseverance successfully turned carbon dioxide into breathable oxygen in a first-of-its-kind experiment.

NASA’s Perseverance rover has been on Mars for a little more than two months and it’s already shaking things up on the Red Planet.

The SUV-sized robot performed the ultimate scientific miracle on another planet, converting carbon dioxide into oxygen. Using a toaster-sized instrument named Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment (MOXIE), the rover inhaled some of Mars’ thin carbon dioxide atmosphere and successfully produced oxygen from it.

This proof-of-concept paves the way to creating a precious commodity on Mars: oxygen. Not only will it be useful to future astronauts looking to breathe fresh air on the planet (also reducing cargo weight in-transit), but it could be paired with hydrogen to create hydroxyzine — a powerful rocket fuel.

WHAT’S NEW — On April 20, Perseverance used MOXIE to test out this technology on another planet for the first time, converting the Red Planet’s thin, carbon-rich atmosphere into oxygen.

“MOXIE has more work to do, but the results from this technology demonstration are full of promise as we move toward our goal of one day seeing humans on Mars,” Jim Reuter, associate administrator for NASA’s Space Technology Mission Directorate, says in a statement.

For its first test, MOXIE produced about five grams of oxygen, or about 10 minutes worth of breathable oxygen for astronauts.

HOW THEY DID IT — MOXIE produces oxygen the same way a tree does: it breathes in carbon dioxide and exhales oxygen.

The conversion of carbon to oxygen requires a lot of heat, temperatures must reach up to approximately 1,470 degrees Fahrenheit.

MOXIE is about the size of a toaster, and is made with heat-tolerant materials like 3D-printed nickel alloy parts, which heat and cool the gases flowing through it, and a lightweight aerogel that helps hold in the heat, according to NASA.

The process works by separating oxygen atoms from carbon dioxide molecules, which are made up of one carbon atom and two oxygen atoms. After splitting the oxygen atoms from the carbon molecules, the oxygen atoms eventually combine with each other to produce molecular oxygen while carbon monoxide is emitted into the Martian atmosphere as waste.

The small unit is also coated with gold on the outside to reflect infrared heat and keep it from radiating outward. The team of engineers wanted to make sure MOXIE poses no threat to other parts of the Perseverance rover.

MOXIE is designed to produce about 10 grams of oxygen an hour.

WHY IT MATTERS — Mars’ atmosphere is made up of 96% carbon dioxide. Unfortunately for us, humans favor another type of gas. While oxygen may be crucial for humans to breathe, it also plays an important role in the production of rocket fuel.

“Oxygen isn’t just the stuff we breathe,” Reuter says. “Rocket propellant depends on oxygen, and future explorers will depend on producing propellant on Mars to make the trip home.”

In order to get a rocket off the ground, astronauts need something to burn, or fuel, and something to burn it, an oxidizer. Liquid oxygen is used as an oxidizer to create propellant.

A future human mission to Mars carrying four astronauts would require around 15,000 pounds, or 7 metric tons, of rocket fuel and 55,000 pounds, or 25 metric tons, of oxygen just to get off the Martian ground, according to NASA.

But carrying that much oxygen from Earth to Mars is not only tedious but very costly.

Therefore, designing a device like MOXIE on a larger scale is crucial for future missions to Mars, and humanity’s first time exploring another planet.

WHAT’S NEXT — Over the next two years (or the equivalent of one Martian year), MOXIE is expected to perform this process at least nine more times.

The testing will run in three phases. The first one will test out the instrument’s functionality, the second phase will test the instrument in different atmospheric conditions with varying times and seasons, while the third phase will try different modes of operation.

MOXIE is designed to release the oxygen back into the Martian atmosphere after it’s done.

But before we can venture into Mars, NASA will need to scale up MOXIE (about 100 times larger) to produce the desired 25 metric tons of oxygen, and a future, larger MOXIE will also be built to store the oxygen into tanks rather than release it back.


Researchers Develop Hydrogen and Oxygen Harvesting System for Use on Mars

The active Martian water cycle, i.e., the presence of shallow water and soluble perchlorate salts in the Martian soil, enables the production of hydrogen fuel and life-support oxygen on Mars through electrolysis of perchlorate brines. A team of scientists at Washington University in St. Louis has demonstrated an approach to produce ultrapure hydrogen and oxygen from liquid Martian brines at minus 36 degrees Celsius (minus 32.8 degrees Fahrenheit).

This illustration shows Jezero Crater — the landing site of NASA’s Mars 2020 Perseverance rover — as it may have looked billions of years ago on Mars, when it was a lake. Image credit: NASA / JPL-Caltech.

“Our Martian brine electrolyzer radically changes the logistical calculus of missions to Mars and beyond,” said Professor Vijay Ramani, a researcher in the Center for Solar Energy and Energy Storage at Washington University in St. Louis.

“This technology is equally useful on Earth where it opens up the oceans as a viable oxygen and fuel source.”

NASA’s Perseverance rover is en route to Mars now, carrying instruments that will use high-temperature electrolysis.

However, the Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment (MOXIE) will be producing oxygen only, from the carbon dioxide in the air.

The electrolyzer developed by Professor Ramani and colleagues can produce 25 times more oxygen than MOXIE using the same amount of power. It also produces hydrogen, which could be used to fuel the astronauts’ trip home.

“Our novel brine electrolyzer incorporates a lead ruthenate pyrochlore anode developed by our team in conjunction with platinum on carbon cathode,” Professor Ramani said.

“These carefully designed components coupled with the optimal use of traditional electrochemical engineering principles has yielded this high performance.”

The careful design and unique anode allow the team’s electrolyzer to function without the need for heating or purifying the water source.

“Paradoxically, the dissolved perchlorate in the water, so-called impurities, actually help in an environment like that of Mars,” said Dr. Shrihari Sankarasubramanian, a researcher in the Center for Solar Energy and Energy Storage and the Department of Energy, Environmental and Chemical Engineering at Washington University in St. Louis.

“They prevent the water from freezing and also improve the performance of the electrolyzer system by lowering the electrical resistance.”

Typically, water electrolyzers use highly purified, deionized water, which adds to the cost of the system.

A system that can work with sub-optimal or salty water, such as the technology demonstrated by the team, can significantly enhance the economic value proposition of water electrolyzers everywhere — even right here on Earth.

“Having demonstrated these electrolyzers under demanding Martian conditions, we intend to also deploy them under much milder conditions on Earth to utilize brackish or salt water feeds to produce hydrogen and oxygen, for example, through seawater electrolysis,” said Dr. Pralay Gayen, a postdoctoral researcher in the Department of Energy, Environmental and Chemical Engineering at Washington University in St. Louis.

The team’s work was published in the Proceedings of the National Academy of Sciences.

Pralay Gayen et al. Fuel and oxygen harvesting from Martian regolithic brine. PNAS, published online November 30, 2020 doi: 10.1073/pnas.2008613117

This article is based on a press-release provided by Washington University in St. Louis.


Se videoen: Земята от космоса (Oktober 2022).