MOXIE实验成功在火星上制氧

　　无论白天黑夜，无论四季，该仪器都能可靠地从这颗红色星球稀薄的大气层中产生可呼吸的氧气。
　　距离地球近 1 亿英里，在火星的红色和尘土飞扬的表面上，一个午餐盒大小的仪器正在证明它可以可靠地完成一棵小树的工作。
　　自 2021 年 4 月以来，由麻省理工学院领导的火星氧气就地资源利用实验（MOXIE）已成功地从这颗红色星球富含二氧化碳的大气中生产氧气。那是它作为美国宇航局恒心漫游者和火星 2020 任务的一部分降落在火星表面大约两个月后。
　　在今天（2022 年 8 月 31 日）发表在《科学进展》杂志上的一项研究中，研究人员报告说，到 2021 年底，MOXIE 能够在七次实验运行中产生氧气。这些是在各种大气条件下进行的，包括白天和晚上，以及不同的火星季节。在每次实验运行中，仪器都达到了每小时生产 6 克氧气的目标。这大约是地球上一棵普通树的比率。
　　科学家们设想，一个放大版的 MOXIE 可以在人类任务之前被送到火星，在那里它可以以数百棵树的速度持续产生氧气。在这种能力下，该系统应该在人类到达后产生足够的氧气来维持人类的生存，并为火箭提供燃料，以将宇航员送回地球。
　　迄今为止，MOXIE 的持续生产是朝着这一目标迈出的有希望的第一步。
　　麻省理工学院 Haystack 天文台 MOXIE 任务的首席研究员 Michael Hecht 说：＂我们已经学到了大量知识，这些知识将为更大规模的未来系统提供信息。＂
　　MOXIE在火星上的制氧也代表了＂就地资源利用＂的首次示范。这是收获和使用行星原材料（在这种情况下是火星上的二氧化碳）来制造资源（例如氧气）的想法，否则这些资源必须从地球运输。
　　火星氧气 ISRU 实验 (MOXIE) 是一项探索技术调查，将从火星大气中的二氧化碳中产生氧气。
　　麻省理工学院实践教授、MOXIE 副首席研究员杰弗里霍夫曼说：＂这是第一次实际使用另一个行星体表面的资源，并将它们化学转化为对人类任务有用的东西。＂航空航天学。＂从这个意义上说，它具有历史意义。＂
　　Hoffman 和 Hecht 的 MIT 合著者包括 MOXIE 团队成员 Jason SooHoo、Andrew Liu、Eric Hinterman、Maya Nasr、Shravan Hariharan 和 Kyle Horn，以及来自多个机构的合作者，包括管理 MOXIE 开发的 NASA 喷气推进实验室 ( JPL )，飞行软件、打包和发射前的测试。
　　季节性空气
　　当前版本的 MOXIE 在设计上很小，以便安装在毅力号火星车上。它是为短时间运行而设计的，每次运行时都会启动和关闭，具体取决于漫游者的探索计划和任务职责。相比之下，一个完整的火星氧气工厂将包括更大的装置，理想情况下可以连续运行。
　　尽管 MOXIE 目前的设计存在必要的限制，但该仪器已表明它可以有效且可靠地将火星大气转化为纯氧。它首先通过过滤器将火星空气吸入，以清除其中的污染物。然后空气被加压，并通过固体氧化物电解槽 (SOXE)。该仪器由 OxEon Energy 开发和制造，可将富含二氧化碳的空气电化学分解成氧离子和一氧化碳。
　　然后氧离子被分离并重新组合以形成可呼吸的分子氧或O 2。MOXIE 然后测量此输出的数量和纯度，然后将其与一氧化碳和其他大气气体无害地释放回空气中。
　　自 2021 年 2 月火星车着陆以来，MOXIE 工程师在整个火星年中已七次启动该仪器。每次都需要几个小时来预热，然后再用一个小时来制造氧气，然后再断电。每次运行都安排在白天或晚上的不同时间，以及不同的季节，以检查 MOXIE 是否能够适应地球大气条件的变化。
　　＂火星的大气层比地球的变化多得多，＂霍夫曼指出。＂一年中空气的密度可以变化两倍，温度可以变化 100 度。一个目标是展示我们可以在所有季节运行。＂
　　到目前为止，MOXIE 已经证明它几乎可以在火星一天和一年的任何时间制造氧气。
　　＂我们唯一没有展示的是在黎明或黄昏时运行，此时温度正在发生巨大变化，＂赫克特说。＂我们确实有一个王牌可以让我们做到这一点，一旦我们在实验室进行测试，我们就可以达到最后一个里程碑，证明我们真的可以随时运行。＂
　　比赛前
　　随着 MOXIE 继续在火星上产生氧气，工程师们计划提高其产能，并增加其产量，特别是在火星春天，当时大气密度和二氧化碳水平很高。
　　＂下一次运行将在一年中密度最高的时候进行，我们只想制造尽可能多的氧气，＂赫克特说。＂所以我们会把一切都设置得尽可能高，让它运行尽可能长的时间。＂
　　他们还将监控系统是否有磨损迹象。由于 MOXIE 只是毅力号火星车上的几个实验之一，它不能像一个完整的系统那样连续运行。相反，仪器必须在每次运行时启动和关闭。这会导致热应力，随着时间的推移会降低系统性能。
　　如果 MOXIE 在反复打开和关闭的情况下仍能成功运行，这表明设计为连续运行的完整系统可以持续运行数千小时。
　　＂为了支持人类火星任务，我们必须从地球带来很多东西，比如电脑、太空服和栖息地，＂霍夫曼说。＂但是愚蠢的老氧气？如果你能做到这一点，那就去争取吧——你已经遥遥领先了。＂