Untuk sebagian besar operasi ruang angkasa, pernyataan "Apa yang naik, naik, dan tetap" adalah ideal. Hanya 10 tahun yang lalu, sebagian besar sistem dan perangkat yang dikirim dari Bumi ke luar angkasa, termasuk orbit (kecuali untuk ISS) dan planet lain, tidak pernah kembali. Tentu saja, puing-puing ruang angkasa sering meninggalkan orbit dan terbakar di atmosfer bumi, tetapi sulit untuk menyebutnya kembali sepenuhnya.
Sekarang roket yang dapat digunakan kembali telah muncul, salah satu ekspedisi luar angkasa berakhir dengan pengumpulan sampel asteroid dan kembalinya mereka ke Bumi. Namun demikian, prinsip ini tetap relevan di zaman kita. Dan jika penduduk Bumi dapat bertahan dengannya, maka untuk misi masa depan dengan pendaratan manusia di Mars, prinsip ini sama sekali tidak sesuai. Alasannya sederhana: manusia harus bisa kembali ke Bumi. Ada beberapa opsi untuk memastikan pengembalian, tetapi masalah utamanya adalah kurangnya bahan bakar. Pilihan ideal adalah memproduksi bahan bakar di Planet Merah. Penjelajah Perseverance dan modul MOXIE-nya akan membantu Anda mengetahui apakah skenario ini nyata.
Bukankah lebih mudah mengambil bahan bakar dari Bumi? Tidak, itu tidak lebih mudah. Setelah mendarat di Mars, penjajah / marsonaut tidak akan memiliki bahan bakar tersisa untuk perjalanan pulang, jadi mereka harus menunggu pengiriman kargo tambahan, atau menghasilkan bahan bakar sendiri. Dan ini hanya bisa dilakukan jika oksigen diproduksi di Mars. Tugas ketekunan adalah menjalankan beberapa tes untuk membuktikan bahwa Planet Merah dapat menghasilkan bahan bakar. Semua ini akan diimplementasikan sebagai bagian dari eksperimen MOXIE (Mars Oxygen ISRU Experiment).
Eksperimen apa ini?
Ini adalah salah satu eksperimen paling menjanjikan dari sudut pandang sains, yang dilakukan di luar Bumi. Ya, banyak dari kita yang tertarik dengan tes drone terbang yang akan segera berlangsung. Tapi tetap saja, dari sudut pandang ilmiah, MOXIE lebih penting.
Modul MOXIE - Penampilan
Jika semuanya berjalan lancar, para ilmuwan dan insinyur NASA akan dapat membuktikan kemungkinan menghasilkan sumber daya yang paling penting - bahan bakar - di luar planet kita. Ilmuwan berharap bisa mulai memproduksi bahan bakar di Mars menggunakan komponen yang sudah ada di Planet Merah. Jika tidak, perjalanan jangka panjang orang ke planet lain, termasuk Mars, mungkin tidak mungkin atau sangat tidak mungkin.
Menurut perhitungan awal, para Marsonot membutuhkan sekitar 30 ton oksigen cair untuk kembali ke Bumi.
Seluruh rahasia eksperimen itu ada di keramik
Jika alien memutuskan untuk mendarat di Bumi dan mencoba mencari oksigen, mereka akan berhasil tanpa kesulitan apapun. Atmosfer bumi mengandung sekitar 21% elemen ini, jadi hanya peralatan ilmiah paling sederhana yang diperlukan untuk mendeteksinya. Oksigen dapat dihilangkan dari air dengan elektrolisis, dalam hal ini peralatan menjadi lebih sederhana.
Tetapi dengan Mars itu berbeda. Jika memang memungkinkan untuk menemukan cadangan es atau air (data dari beberapa penelitian menunjukkan bahwa ada es dalam jumlah besar, tapi ini belum bisa dibuktikan), maka selebihnya adalah masalah teknologi, bahan bakar bisa diproduksi. Sejauh ini, semuanya rumit dengan air Mars.
Oleh karena itu, para ilmuwan berharap dapat membuat proses untuk mengekstraksi oksigen dari atmosfer Mars. 95% atmosfernya adalah karbon dioksida. MOXIE akan membantu menguji kemampuan mengekstraksi oksigen dari atmosfer menggunakan elektrolisis oksida padat. Hanya karbon dioksida yang akan terurai, dengan turunan reaksi berupa oksigen dan karbon monoksida (karbon monoksida).
Prinsipnya di sini sama dengan elektrolisis konvensional - dekomposisi senyawa kimia menjadi elemen individu menggunakan listrik. Tetapi ada komponen yang sangat penting di sini - elemen keramik di dalam sel elektroliser oksida padat. Sel-selnya terdiri dari oksida zirkonium yang distabilkan dengan sejumlah kecil skandium. Materi ini dikenal dengan ScSZ. Ini memungkinkan elektrolisis dilakukan, memiliki kualitas seperti tahan panas, kekuatan tinggi, ringan.
Siklus produksi oksigen dimulai dengan pengoperasian kompresor udara dan filter debu. MOXIE menggunakan kompresor gulir di mana dua elemen gulir dihubungkan untuk membentuk satu sistem. Tugas kompresor adalah meningkatkan tekanan pada modul ke tanah. Ini tidak mudah karena atmosfer Mars sekitar 100 kali lebih halus daripada Bumi.
Kompresor untuk MOXIE
Nuansa penting - untuk elektrolisis oksida padat, diperlukan suhu tinggi sekitar 800 ° C. Dikompresi dengan kepadatan atmosfer bumi, gas melewati serangkaian penukar panas cetak 3D. Suhu tinggi dicapai berkat listrik - apa lagi. Dan MOXIE mengkonsumsi lebih banyak daya daripada yang dihasilkan RTG penjelajah dalam satu sol. Oleh karena itu, percobaan direncanakan dengan hati-hati.
Bertindak seperti pohon
Pembuatnya terkadang menyebut modul "pohon buatan", karena karbon dioksida diserap dengan produksi oksigen. Tetapi proses itu sendiri
Gas yang dipanaskan sampai suhu tinggi, yaitu 98% karbondioksida, masuk ke dalam sel SOXE. Setiap sel adalah "sandwich" dari elektroda logam berpori di setiap sisi pelat ScSZ, yang bertindak sebagai elektrolit padat. Arus disuplai melalui sel, sebagai akibatnya, di bawah aksi katalis, reaksi reduksi dilakukan:
Ion oksigen kemudian bereaksi satu sama lain di sekitar anoda berpori sebagai berikut:
Sensor modul mengevaluasi kualitas dan kemajuan respons. Kapasitas modul sekitar 12 g / jam pada arus maksimum 4A. Setelah reaksi selesai, semua turunannya dikembalikan ke atmosfer. Perangkat itu sendiri adalah bukti konsep, tugas utamanya adalah membuktikan kemungkinan menghasilkan oksigen di Mars. Tidak ada gunanya menyimpan oksigen sekarang.
Jika kapasitas modul dinaikkan 200 kali lipat, maka akan mampu menghasilkan oksigen yang sama persis dengan 30 ton, seperti yang disebutkan di awal.
Modul MOXIE cukup sederhana, tidak ada yang seperti itu. Tetapi dalam beberapa kasus, reaksi samping dapat terjadi, akibatnya pori-pori katoda tersumbat oleh karbon padat. Ini adalah masalah utama, karena tidak ada operator di sekitar yang dapat membersihkan elektroda dan mengembalikan modul agar berfungsi. Nah, jika modul skala penuh muncul, pasti sudah ada orang di dekatnya. Dan mereka akan dapat memastikan pengoperasian normal "MOXIE besar", karena kembalinya mereka ke Bumi akan bergantung padanya.
