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皇冠现金网app:历史性的突破:在火星上制造氧气

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本文来自微信公众号:原理(ID:principia1687),作者:Takeko,头图来自:视觉中国


在距离地球近1.5亿千米的那颗尘土飞扬的红色星球的表面,一个只有饭盒大小的仪器,正在证明它能够可靠地完成一棵树的工作,那就是制造氧气。 


自2021年4月以来,也就是MOXIE(火星氧气原位资源利用实验)作为“毅力号”火星车的一部分降落到火星表面两个月之后,它一直在利用火星富含二氧化碳的大气中制造氧气


毅力号上的科学仪器。右下角示意图中黄色部分便是MOXIE。(图/NASA)


在发表在《科学进展》上的一篇论文中,研究人员报告,到2021年底,MOXIE在各种大气条件下,包括在白天和晚上,以及在不同的火星季节,进行了7次实验性的氧气生产。在每次运行中,仪器都达到了每小时生产约6克氧气的目标,大约相当于地球上一棵小树的制氧速度。


用火星空气制氧  


目前版本的MOXIE设计得很小,质量不到20千克,以便它被安装在毅力号上。


洁净室里的MOXIE。(图/NASA/JPL-Caltech)


尽管目前的设计存在一些必要的妥协,但这台仪器已经表明,它能可靠且有效地将火星大气转化为纯氧


它的做法是,首先通过一个过滤器,将火星空气吸入,清除其中的污染物。然后空气被加压,并被送入固体氧化物电解槽(SOXE)通过电化学方法将富含二氧化碳的空气分解成氧离子和一氧化碳


接下来,氧离子被分离并重新组合,形成可供呼吸的分子氧。MOXIE会测量分子氧的生成量和纯度,然后将它与一氧化碳和其他大气气体一起无害地释放回空气中。


目前,MOXIE仅需满足短期运行。根据研究团队安排的探测时间表,它在每次运行的前后都会启动和关闭。


自2021年2月着陆以来,MOXIE的工程师在一个火星年中启动了7次仪器,每次都需要几个小时来预热,然后再花一个小时来制造氧气,最后再关闭电源。


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每次运行被安排在白天或晚上的不同时间,以及不同的季节,以便观察MOXIE是否能适应这个星球大气条件的各种变化。这是因为,火星的大气比地球的要多变得多。空气密度在一年中可以产生大约2倍的差异,温度也会有数十度甚至更高的波动。


毅力号着陆点的大气密度变化预测。(图/Hoffman, J. A. et al., 2022)


到目前为止,MOXIE已经证明,它几乎可以在火星一年里的任何季节、一天中的任何时间制造氧气。团队唯一还没有证明的是,仪器在黎明或黄昏时运行的状况,这两个时段温度正在发生明显变化。他们有信心可以做到这一点,一旦实验室测试完成后,就可以达到最后这个里程碑。


迈出的第一步  


随着MOXIE继续在火星上制造氧气,工程师正计划提高它的能力,增加产量,特别是在火星的春季,当大气密度和二氧化碳水平较高时。


下一次运行将被安排在火星一年中密度最高的时候。团队会把一切都设置得尽可能高,并让它尽可能长时间地运行。


同时,他们还将监测这一系统的磨损迹象。由于每次运行都需要开启和关闭,这有可能让系统退化。


MOXIE只是一个测试模型,研究人员设想,它的放大版可以在人类任务之前被送往火星,而且最好可以连续运行,以几百棵树的制氧速度持续生产氧气


在这种能力下,这个系统应产生足够的氧气,能维持人类到达后的生活,并为火箭提供燃料,让航天员返回地球。到目前为止,MOXIE的稳定输出是朝着这个目标迈出的有希望的第一步。


MOXIE在火星上生产氧气也代表了“原位资源利用”的首次展示,这种想法其实就是,收集并利用一颗星球上的材料(对MOXIE而言就是火星上的二氧化碳),来制造出原本不得不从地球上运输来的资源(氧气)


也就是说,这是第一次实际利用另一颗行星表面的资源,并利用化学转化为对人类任务有用的东西。从这个意义上说,这项实验是历史性的。


参考来源:

https://news.mit.edu/2022/moxie-oxygen-mars-0831

https://mars.nasa.gov/mars2020/spacecraft/instruments/moxie/

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abp8636


本文来自微信公众号:原理(ID:principia1687),作者:Takeko

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