Mars-ontdekkingsreizigers hebben lucht nodig, en veel daarvan. Hier is een techniek die hen kan helpen gemakkelijker te ademen

Gebruik van bronnen op de site (ISRU) is nog zeer vroege wetenschap. Daarom kan de technologie die erin wordt gebruikt worden verbeterd. Een dergelijke technologie die een van de meest bruikbare stoffen voor ISRU (zuurstof) heeft gecreëerd, is: moxi – Experimenteer ter plaatse met het gebruik van Mars-bronnen met zuurstof. Onlangs is vorig jaar een compact model van MOXIE getest op doorzettingsvermogen. Het primaire doel is om zuurstof te produceren uit de atmosfeer van Mars.

Zuurstof is op verschillende manieren nuttig – als raketbrandstof voor Mars opstijgend voertuigdeel van Mars monster retourmissieEen gas dat nodig is om in leven te blijven. Elke bron van zuivere zuurstof op Mars, of elke andere planeet, zou door elke menselijke ontdekkingsreiziger daar worden verwelkomd. Een concurrerende technologie die bekend staat als de “swinging heat absorptie / thermische absorptie” (TSSD) -cyclus wordt nu ondersteund door NASA’s Innovative Advanced Concepts (NIAC) -programma. Kan dat echt zoveel beter?

Om deze vraag te beantwoorden, is het eerst beter om de mogelijkheden van het MOXIE-apparaat te begrijpen. De basistechnologie, die gebruikmaakt van een elektrolysecel met vaste oxide, is al jaren goed begrepen en op aarde gebruikt. Om het op Mars te laten werken, hebben ingenieurs een boegschroef toegevoegd om de atmosfeer van Mars te concentreren. Nadat het is gecomprimeerd, stijgt de temperatuur van de atmosfeer tot 800 ° C, en vervolgens ondergaat het koolstofdioxide elektrolyse om de zuurstof van de koolstof te scheiden.

Dit resulteert in zuivere zuurstof, maar het heeft ook enkele belangrijke nadelen. De eerste is het andere element dat uit dit proces voortkomt – koolstof. Mede omdat het zo gewoon is, is koolstof geen waardevol materiaal voor ISRU, dus wordt het beschouwd als een afvalstof in plaats van als iets dat kan worden teruggewonnen. Daarom leidt het soms tot vastlopen van de elektrolyseur zelf. Koolstof is niet de enige bron van mogelijke interferentie. Marsstof kan de mechanische pomp verstoppen die nodig is om de schaarse Marsatmosfeer voldoende te concentreren om de elektrolyseur van stroom te voorzien. Deze pomp draagt ​​ook bij aan de totale elektrische stroombehoefte van het systeem, waaronder ook de elektrolyseur die moet werken bij een blister van 800°C.

Al dit energieverbruik maakt het erg duur. Een MOXIE-machine die 2 kg O2 per uur kan produceren (genoeg om twee ontdekkingsreizigers te ondersteunen) vereist ongeveer 25 kW aan vermogen, of iets minder dan het gemiddelde Amerikaanse huishouden per dag gebruikt. Hoewel dat misschien niet veel klinkt, is het gebruik van zonne-energie een veel moeilijker vooruitzicht op Mars. Elke vroege zonneboerderij die werd gebouwd om het MOXIE-systeem van stroom te voorzien, zou de habitat die slechts twee astronauten van zuurstof kon voorzien, in de schaduw stellen.

Voer TSSD in, wat alle drie de grote problemen met MOXIE netjes elimineert. Het systeem zelf is gebaseerd op een thermochemisch pompsysteem, dat afhankelijk is van thermische differentiëlen om de atmosfeer naar de juiste plaats te verplaatsen, waardoor er geen mechanische pomp nodig is. Het heeft ook geen last van koolstofvervuiling omdat het geen koolstofdioxide afbreekt. Ten slotte vereist het niet veel kracht, waarvan Dr. Evan Ermanowski, hoofdonderzoeker van het door NIAC gefinancierde project en onderzoeksprofessor aan de Arizona State University, voorspelt dat het 90% efficiënter zal zijn dan MOXIE.

Details over hoe dit allemaal te doen moeten nog worden verduidelijkt, maar het idee werd conceptueel ondersteund door een paper gepubliceerd in maart 2020. Het NIAC-project zelf zal dit proces voortzetten. Het lijkt een materiaalwetenschappelijke vraag te zijn of de juiste soorten absorptiemiddelen die in de juiste omgevingsomstandigheden werken, op Mars te vinden zijn. Als de helft van de voordelen van het systeem wordt bereikt, betekent dit echter een enorme sprong voorwaarts in ISRU-technologie voor Mars en daarbuiten.

Leer meer:
NASA- De lucht van Mars inademen: de vaste en draagbare O2-generatie
Ermanowski en anderen – thermisch–De adsorptie/adsorptiecyclus die wordt aangedreven om zuurstof in de thermochemische brandstofproductie te pompen
ASU- Natuurkundige sluit zich aan bij ASU LightWorks om de gemeenschap te solariseren
Sandia- Focus op zonlicht om de waterstofeconomie te stimuleren

hoofdfoto:
Grafische weergave van de TSSD-cyclus.
Krediet – Ivan Ermanowski