صندوق “تاريخي” على المريخ يصنع الأكسجين بمعدل شجرة واحدة

عندما انطلق المسبار الروبوتي التابع لوكالة ناسا إلى المريخ العام الماضي ، أحضر معه صندوقًا ذهبيًا صغيرًا يسمى MOXIE ، لتجربة استخدام موارد الأكسجين في الموقع في المريخ.

منذ ذلك الحين ، تقوم MOXIE بإنتاج الأكسجين من هواء المريخ الرقيق.

وفي يوم الأربعاء في مجلة Science Advances ، أكد الفريق الذي يقف وراء هذه الأداة الغريبة أن MOXIE تعمل بشكل جيد لدرجة أن إنتاجها من الأكسجين يمكن مقارنته بمعدل إنتاج متواضع لشجرة الأرض.

بحلول نهاية عام 2021 ، أظهرت بيانات مستفيضة أن MOXIE نجحت في الوصول إلى ناتج الأكسجين المستهدف البالغ ستة جرامات في الساعة خلال سبع دورات تجريبية منفصلة ، وكذلك في مجموعة متنوعة من الظروف الجوية. يتضمن ذلك الليل والنهار ، مواسم المريخ المختلفة وأشياء أخرى من هذا القبيل.

“الشيء الوحيد الذي لم نظهره هو الجري عند الفجر أو الغسق ، عندما تتغير درجة الحرارة بشكل كبير ،” مايكل هيشت ، الباحث الرئيسي في مهمة MOXIE في مرصد Haystack التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، قال في بيان صحفي. “لدينا حقًا في جعبتنا يتيح لنا القيام بذلك ، وبمجرد أن نختبر ذلك في المختبر ، يمكننا الوصول إلى هذا الإنجاز الأخير لإظهار أنه يمكننا حقًا الركض في أي وقت.”

بالنسبة للعلماء ووكالات الفضاء على حد سواء ، من المثير بشكل خاص أن يكون وعد MOXIE قويًا ، لأن الجداول الزمنية المقترحة لبعثات المريخ المحملة برواد الفضاء تلوح في الأفق لتعلم كيفية الحفاظ على سلامة مستكشفي الفضاء في الكوكب الأحمر في المستقبل.

يبدو أن هدف الرئيس التنفيذي لشركة SpaceX Elon Musk المتمثل في هبوط البشر على المريخ هو عام 2029 ، على سبيل المثال ، وهدف وكالة ناسا. القادمة Artemis I Moon Mission يهدف إلى تمهيد الطريق للرحلات المريخية المخطط لها في ثلاثينيات أو أربعينيات القرن العشرين. قال جيفري هوفمان ، نائب الباحث الرئيسي في MOXIE والأستاذ في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، في بيان صحفي: “لدعم مهمة بشرية إلى المريخ ، يتعين علينا إحضار الكثير من الأشياء من الأرض ، مثل أجهزة الكمبيوتر ، وبدلات الفضاء ، والموائل”. “لكن الأكسجين القديم الغبي؟ إذا تمكنت من الوصول إلى هناك ، فابحث عنه – فأنت متقدم على اللعبة.”

كما هو الحال ، فإن MOXIE صغير جدًا (حجمه في الأساس بحجم محمصة) ، ولكن هذا أمر جيد على الأرجح. وهذا يعني أنه إذا تمكن العلماء بطريقة ما من زيادة حجم المكعب المزخرف ، يمكن لـ MOXIE أن ينتج أكثر من ستة جرامات من الأكسجين في الساعة.

قال هيشت: “لقد تعلمنا قدرًا هائلاً من شأنه أن يوجه الأنظمة المستقبلية على نطاق أوسع”.

ربما في يوم من الأيام ، كما يقول الباحثون ، يمكن أن ينتج الأكسجين في النهاية بمعدل عدة مئات من الأشجار ، وبالتالي الحفاظ على رواد الفضاء بمجرد وصولهم إلى المريخ وتزويد الصواريخ بالوقود التي تتطلب عنصر الحياة لإعادة الطاقم إلى الأرض.

قال هيشت في بيان صحفي لوكالة ناسا العام الماضي: “رواد الفضاء الذين يقضون عامًا على السطح ربما يستخدمون طنًا متريًا واحدًا بينهم”. ولكن، حسب وكالة الفضاء، سيتطلب إخراج أربعة رواد فضاء من سطح المريخ في مهمة مستقبلية ما يقرب من 15000 رطل (7 أطنان مترية) من وقود الصواريخ و 55000 رطل (25 طنًا متريًا) من الأكسجين. سيكون جلب كل هذا الأكسجين من الأرض باهظ التكلفة وغير فعال.

لذا ، كما يقول هوفمان ، لماذا لا ننتج كل الأكسجين فقط على الكوكب القاحل نفسه؟

كيف يعمل MOXIE؟

على كوكب المريخ ، تعمل MOXIE بنشاط على تحويل ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للمريخ – حيث يشكل العنصر نسبة هائلة تبلغ 96٪ – إلى أكسجين قابل للتنفس.

القليل من الكيمياء 101 هو أن جزيئات ثاني أكسيد الكربون تتكون من ذرة كربون واحدة وذرتين من الأكسجين. هذه القطع الصغيرة ملتصقة بشكل أساسي ببعضها البعض. لكن أداة داخل MOXIE ، تسمى المحلل الكهربائي للأكسيد الصلب ، يمكنها جمع أجزاء الأكسجين داخل جزيئات ثاني أكسيد الكربون التي يهتم بها العلماء. وبمجرد الانتهاء ، يتم إعادة تجميع جميع جزيئات الأكسجين الطافية في O2 ، المعروف أيضًا باسم جزيئات تحتوي على ذرتين من الأكسجين ، والمعروف باسم نوع الأكسجين الذي نعرفه ونحبه.

أعلم أن الأمر مختلف ، لكنني ما زلت أفكر في Pixar’s WALL-E وهو يفعل ذلك. لذا ، كما يقول وول-إي: Ta-da!

قال هوفمان: “هذا هو أول عرض لاستخدام الموارد فعليًا على سطح جسم كوكبي آخر ، وتحويلها كيميائيًا إلى شيء يمكن أن يكون مفيدًا لمهمة بشرية”. “إنه تاريخي بهذا المعنى.”

على طول الطريق ، تتطلب هذه العملية استخدام حرارة فائقة – تصل درجات الحرارة إلى حوالي 1470 درجة فهرنهايت (800 درجة مئوية) – وهو ما يمنح MOXIE طلاءًا ذهبيًا مميزًا.

كما هو الحال مع تلسكوب جيمس ويب الفضائي الرائد التابع لوكالة ناسا ، يجب حماية MOXIE من حرارة الأشعة تحت الحمراء لأنها تعمل بالحرارة نفسها. الطلاء الذهبي يفعل ذلك بالضبط ، وفي الواقع فإن مرايا JWST مطلية بالذهب للسبب الدقيق أيضًا.

بعد ذلك ، يعتزم فريق MOXIE إثبات أن MOXIE يعمل بشكل جيد حتى في ظل ظروف أكثر كثافة ، مثل التشغيل التالي الذي سيحدث خلال “أعلى كثافة في العام” ، على حد قول هيخت. “سنضع كل شيء عالياً بقدر ما نجرؤ ، ونتركه يعمل لأطول فترة ممكنة.”