MIT om het maken van zuurstof op Mars te testen

Anonim

MIT om het maken van zuurstof op Mars te testen

Ruimte

David Szondy

4 augustus 2014

5 afbeeldingen

Subsystemen op het MOXIE-instrument (Afbeelding: NASA)

Zuurstof is zo'n overvloedige bron op aarde dat we er zelden over nadenken tenzij we in een kast worden opgesloten. Voor ruimte-ingenieurs is de vraag hoe genoeg van het vitale gas te krijgen een constant, frustrerend probleem. Om toekomstige ontdekkingsreizigers van de Rode Planeet voldoende zuurstof te geven voor levensondersteuning en het aandrijven van ruimtevaartuigen, heeft de NASA MIT's MOXIE-experiment op de Mars 2020-missie opgenomen om te bestuderen hoe zuurstof uit de atmosfeer van Mars kan worden gemaakt.

Het sturen van een bemande missie naar Mars brengt niet alleen technische problemen met zich mee die veel verder gaan dan alles wat eerder werd geprobeerd, maar ook logistieke problemen die vergelijkbaar zijn met die van een kleine oorlog die zich uitstrekt over honderd miljoen mijlen. Vele tonnen reserveonderdelen, voedsel, water, brandstof en zuurstof zouden getransporteerd moeten worden om de astronauten in leven te houden en vele malen zou meer brandstof nodig zijn om alles te vervoeren.

Voorheen was dit niet zo'n groot probleem. Toen de Apollo-astronauten op de maan landden, droegen ze alles wat ze nodig hadden voor hun reis. Op Mars is dat misschien niet praktisch, tenzij je een ruimtevaartuig ter grootte van een klein vliegdekschip wilt hebben. In plaats daarvan onderzoeken wetenschappers en ingenieurs hoe toekomstige missies van het land kunnen leven wanneer ze op de Rode Planeet aankomen.

"Wanneer we mensen naar Mars sturen, zullen we willen dat ze veilig terugkeren, en daarvoor hebben ze een raket nodig om van de planeet te stijgen", zegt Michael Hecht van MIT's Haystack Observatory. "Dat is een van de grootste stukjes van het massabudget dat we astronauten heen en terug moeten sturen, dus als we dat stuk kunnen elimineren door de zuurstof op Mars te maken, zijn we ver voor op het spel. "

MIT 's Mars OXygen In situ resourcegebruik Experiment (MOXIE) is een mogelijk antwoord. Het is ontwikkeld in samenwerking met het Jet Propulsion Laboratory van NASA en is gebaseerd op het feit dat de atmosfeer van Mars, hoewel uiterst dun, bestaat uit 96 procent koolstofdioxide, wat betekent dat het een enorme potentiële bron van zuurstof is voor toekomstige ontdekkingsreizigers en kolonisten. In wezen is MOXIE een brandstofcel in omgekeerde volgorde. In plaats van elektriciteit te produceren door zuurstof te gebruiken om een ​​brandstof te verbranden, gebruikt het een proces dat vaste oxide-elektrolyse wordt genoemd, waarbij elektriciteit wordt gebruikt om koolstofdioxide te splitsen in zuurstof en koolmonoxide.

Bij dit proces zou de lucht van Mars in de unit worden gepompt via een stoffilter en onder druk worden gezet voordat deze in een brandstofcel terechtkomt. Bij hoge temperaturen werken sommige keramische oxiden als zuurstofionengeleiders. In de brandstofcel scheidt een dunne, niet-poreuze schijf van dit keramiek twee poreuze elektroden. Eén elektrode werkt als de kathode en de andere als de anode. Koolstofdioxide passeert door de kathode en wanneer het in contact komt met het keramiek, zorgt de wisselwerking tussen elektriciteit en keramiek ervoor dat de kooldioxide wordt gesplitst in zuurstof en koolmonoxide. De zuurstof en het koolmonoxide worden vervolgens gescheiden en de zuurstof wordt opgeslagen.

MOXIE is een van de zeven grote experimenten die worden uitgevoerd op de Mars 2020-missie van US $ 1, 9 miljard, die volgens planning in juli 2020 zal vliegen. Gebaseerd op de door kernenergie aangedreven nieuwsgierige rover die momenteel de Gale Crater-regio van de planeet verkent. De andere instrumenten zijn bedoeld om Mars te bestuderen, maar MOXIE valt op omdat het meer een praktisch experiment is.

"Als je een van die astronauten bent die afhankelijk is van een zuurstoftank voor je rit naar huis, denk ik dat je het wilt laten testen op Mars voordat je vertrekt, " zegt Hecht. "We willen investeren in een eenvoudig prototype voordat we overtuigd zijn. We hebben nog nooit een fabriek op Mars gerund, maar dit is wat we doen: we hebben een prototypefabriek om te zien welke problemen we kunnen ondervinden tegenkomen. "

Als MOXIE succesvol is, zou volgens MIT een opgeschaalde versie van grote waarde kunnen zijn voor toekomstige ontdekkingsreizigers om zuurstof voor ademhaling en brandstof te leveren. In één scenario kan een door een nucleair aangedreven robotinstallatie worden uitgezonden om zuurstof te produceren en op te slaan, gereed om te worden gebruikt wanneer astronauten aankomen.

Bron: MIT

Instrumenten op de Mars 2020 rover (Afbeelding: NASA)

Michael Hecht van MIT 's Haystack Observatory (mage: Jose-Luis Olivares / MIT)

Michael Hecht leidt de ontwikkeling van het MOXIE-instrument (mage: Jose-Luis Olivares / MIT)

De Mars 2020 rover is gepland voor lancering in juli 2020 (Afbeelding: NASA)

Subsystemen op het MOXIE-instrument (Afbeelding: NASA)