Für die meisten Weltraumoperationen ist die Aussage „Was steigt, steigt und bleibt“ ideal. Noch vor 10 Jahren kehrten die meisten Systeme und Geräte, die von der Erde in den Weltraum geschickt wurden, einschließlich der Umlaufbahn (mit Ausnahme der ISS) und anderer Planeten, nie zurück. Natürlich verlassen Weltraummüll oft die Umlaufbahn und verbrennen in der Erdatmosphäre, aber es ist schwer, von einer vollständigen Rückkehr zu sprechen.
Jetzt sind wiederverwendbare Raketen aufgetaucht. Eine der Weltraumexpeditionen endete mit der Sammlung von Asteroidenproben und ihrer Rückkehr zur Erde. Dennoch bleibt dieses Prinzip in unserer Zeit relevant. Und wenn die Bewohner der Erde es ertragen können, dann ist dieses Prinzip für eine zukünftige Mission mit der Landung von Menschen auf dem Mars absolut nicht geeignet. Der Grund ist einfach: Menschen müssen in der Lage sein, zur Erde zurückzukehren. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, um die Rückgabe zu gewährleisten, aber das Hauptproblem ist der Kraftstoffmangel. Die ideale Option ist die Produktion von Kraftstoff direkt auf dem Roten Planeten. Der Perseverance Rover und sein MOXIE-Modul helfen Ihnen herauszufinden, ob dieses Szenario real ist.
Ist es nicht einfacher, Kraftstoff von der Erde zu nehmen? Nein, es ist nicht einfacher. Nach der Landung auf dem Mars haben die Kolonisten / Marsonauts keinen Treibstoff mehr für ihren Heimweg, sodass sie entweder auf die Lieferung zusätzlicher Fracht warten oder selbst Treibstoff erzeugen müssen. Und das geht nur, wenn auf dem Mars Sauerstoff produziert wird. Die Aufgabe von Perseverance besteht darin, mehrere Tests durchzuführen, um zu beweisen, dass der Rote Planet Kraftstoff produzieren kann. All dies wird im Rahmen des MOXIE-Experiments (Mars Oxygen ISRU Experiment) implementiert.
Was ist das für ein Experiment?
Dies ist eines der aus wissenschaftlicher Sicht vielversprechendsten Experimente außerhalb der Erde. Ja, viele von uns fühlen sich von den bevorstehenden Tests mit fliegenden Drohnen angezogen. Aus wissenschaftlicher Sicht ist MOXIE jedoch wichtiger.
MOXIE-Modul - Aussehen
Wenn alles reibungslos verläuft, können Wissenschaftler und Ingenieure der NASA die Möglichkeit nachweisen, die wichtigste Ressource - Kraftstoff - außerhalb unseres Planeten zu produzieren. Wissenschaftler hoffen, auf dem Mars Treibstoff mit Komponenten produzieren zu können, die sich bereits auf dem Roten Planeten befinden. Andernfalls kann eine langfristige Reise von Menschen zu anderen Planeten, einschließlich des Mars, unmöglich oder äußerst unwahrscheinlich sein.
Nach vorläufigen Berechnungen benötigen die Marsonauts etwa 30 Tonnen flüssigen Sauerstoff, um zur Erde zurückzukehren.
Das ganze Geheimnis des Experiments liegt in der Keramik
Wenn Außerirdische beschlossen hätten, auf der Erde zu landen und Sauerstoff zu finden, wären sie ohne Schwierigkeiten erfolgreich gewesen. Die Erdatmosphäre enthält ungefähr 21% dieses Elements, daher wird nur die einfachste wissenschaftliche Ausrüstung benötigt, um es zu erkennen. Sauerstoff kann durch Elektrolyse aus dem Wasser entfernt werden. In diesem Fall ist die Ausrüstung noch einfacher.
Aber beim Mars ist das anders. Wenn es möglich ist, Eis- oder Wasserreserven zu finden (Daten aus einigen Studien deuten darauf hin, dass sich Eis in großen Mengen befindet, dies muss jedoch noch bewiesen werden), dann ist der Rest eine Frage der Technologie, Kraftstoff kann produziert werden. Bisher ist alles mit Marswasser kompliziert.
Daher hoffen die Wissenschaftler, ein Verfahren zur Extraktion von Sauerstoff aus der Marsatmosphäre zu etablieren. 95% seiner Atmosphäre besteht aus Kohlendioxid. MOXIE wird dazu beitragen, die Fähigkeit zu testen, mithilfe der Festoxidelektrolyse Sauerstoff aus der Atmosphäre zu extrahieren. Es wird nur Kohlendioxid abgebaut, wobei die Derivate der Reaktion in Form von Sauerstoff und Kohlenmonoxid (Kohlenmonoxid) vorliegen.
Das Prinzip ist hier dasselbe wie bei der konventionellen Elektrolyse - die Zersetzung chemischer Verbindungen in einzelne Elemente unter Verwendung von Elektrizität. Aber hier gibt es eine sehr wichtige Komponente - die Keramikelemente in den Zellen des Festoxidelektrolyseurs. Die Zellen bestehen aus Zirkonoxid, das mit einer kleinen Menge Scandium stabilisiert ist. Dieses Material ist als ScSZ bekannt. Es ermöglicht die Durchführung einer Elektrolyse mit Eigenschaften wie Wärmebeständigkeit, hoher Festigkeit und geringem Gewicht.
Der Sauerstoffproduktionszyklus beginnt mit dem Betrieb des Luftkompressors und der Staubfilter. MOXIE verwendet einen Scroll-Kompressor, bei dem zwei Scroll-Elemente zu einem einzigen System verbunden sind. Die Aufgabe des Kompressors besteht darin, den Druck im Modul auf den Boden zu erhöhen. Dies ist nicht einfach, da die Marsatmosphäre etwa 100-mal dünner ist als die der Erde.
Kompressor für MOXIE
Eine wichtige Nuance - für die Elektrolyse fester Oxide sind hohe Temperaturen von ca. 800 ° C erforderlich. Das auf die Dichte der Erdatmosphäre komprimierte Gas durchläuft eine Reihe von 3D-gedruckten Wärmetauschern. Die hohe Temperatur wird dank Strom erreicht - was noch. Und der MOXIE verbraucht mehr Strom als ein Rover, den RTG in einem Sol produziert. Dementsprechend wurde das Experiment so sorgfältig wie möglich geplant.
Benimm dich wie ein Baum
Seine Schöpfer nennen das Modul manchmal "künstlicher Baum", weil Kohlendioxid bei der Produktion von Sauerstoff absorbiert wird. Der Prozess selbst ist jedoch überhaupt
Das auf eine hohe Temperatur erhitzte Gas, das 98% Kohlendioxid enthält, tritt in die SOXE-Zellen ein. Jede Zelle ist ein "Sandwich" aus porösen Metallelektroden auf jeder Seite der ScSZ-Platten, die als Festelektrolyt wirken. Durch die Zelle wird ein Strom zugeführt, wodurch unter Einwirkung des Katalysators die Reduktionsreaktion durchgeführt wird:
Die Sauerstoffionen reagieren dann in unmittelbarer Nähe der porösen Anode wie folgt miteinander:
Die Sensoren des Moduls bewerten die Qualität und den Fortschritt der Reaktion. Die Kapazität des Moduls beträgt ca. 12 g / h bei einem maximalen Strom von 4A. Nach Beendigung der Reaktion werden alle ihre Derivate in die Atmosphäre zurückgeführt. Das Gerät selbst ist ein Proof of Concept. Seine Hauptaufgabe besteht darin, die Möglichkeit der Sauerstoffproduktion auf dem Mars zu beweisen. Es macht keinen Sinn, jetzt Sauerstoff zu speichern.
Wenn die Kapazität des Moduls um das 200-fache erhöht wird, kann es genau die gleichen 30 Tonnen Sauerstoff erzeugen, die zu Beginn erwähnt wurden.
Das MOXIE-Modul ist ziemlich einfach, es gibt nichts Vergleichbares. In einigen Fällen können jedoch Nebenreaktionen auftreten, wodurch die Poren der Kathode mit festem Kohlenstoff verstopft werden. Dies ist das Hauptproblem, da kein Bediener in der Nähe ist, der die Elektroden reinigen und das Modul wieder funktionsfähig machen kann. Wenn ein Modul in Originalgröße angezeigt wird, sind bereits Personen in der Nähe. Und sie werden in der Lage sein, den normalen Betrieb des "großen MOXIE" sicherzustellen, da ihre Rückkehr zur Erde davon abhängen wird.
