“毅力号”是如何在火星上制造氧气的

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美国国家航空航天局(NASA)最新的火星表面六轮机器人“坚韧不拔”(Perseverance)的“第一次”名单越来越长，其中包括将火星上稀薄、富含二氧化碳的大气转化为氧气。“毅力”号上一个烤面包机大小的实验仪器完成了这项任务，该仪器被称为火星氧气原位资源利用实验(MOXIE)。这次测试发生在4月20日，也就是火星第60天，自2月18日着陆以来．

虽然这项技术演示才刚刚开始，但它可能会为科幻小说成为科学事实铺平道路——在火星上隔离并储存氧气，以帮助推动火箭将宇航员送上火星表面。有朝一日，这种装置也可能为宇航员自己提供可呼吸的空气。MOXIE是一个探测技术调查项目，与火星环境动力学分析仪(MEDA)气象站一样，由NASA的空间技术任务理事会(STMD)和人类探索和操作任务理事会赞助。

“这是火星上将二氧化碳转化为氧气的关键的第一步，”STMD的副主管吉姆·罗伊特说。“MOXIE还有更多的工作要做，但这项技术演示的结果充满了希望，因为我们正在朝着有一天看到人类登上火星的目标迈进。氧气不仅仅是我们呼吸的东西。火箭推进剂依赖于氧气，未来的探索者将依靠在火星上制造推进剂来实现返程。”

对于火箭和宇航员来说，氧气是关键，MOXIE的首席研究员，麻省理工学院干草堆天文台的迈克尔·赫克特说。

要燃烧燃料，火箭就必须有比重量更多的氧气。在未来的任务中，将四名宇航员送离火星表面将需要大约15,000磅(7公吨)的火箭燃料和55,000磅(25公吨)的氧气。相比之下，宇航员在火星上生活和工作需要的氧气要少得多。赫克特说:“在月球表面待了一年的宇航员可能需要消耗1公吨的重量。”

将25吨氧气从地球运到火星将是一项艰巨的任务。运输一吨氧气转化器——MOXIE的更大、更强大的后代，可以生产25吨氧气——将更加经济和实用。

火星大气中96%是二氧化碳。MOXIE的工作原理是将氧原子从二氧化碳分子中分离出来，二氧化碳分子由一个碳原子和两个氧原子组成。一种废物，一氧化碳，被排放到火星的大气中。

转换过程需要高水平的热量，以达到大约1470华氏度(800摄氏度)的温度。为了适应这种情况，MOXIE单元采用了耐热材料。其中包括3d打印的镍合金部件，可以加热和冷却流经其中的气体，以及一种帮助保持热量的轻型气凝胶。MOXIE的外部有一层薄薄的金色涂层，可以反射红外热，防止它向外辐射，从而可能损害恒心的其他部分。

在第一次操作中，MOXIE的产氧量相当有限——大约5克，相当于宇航员10分钟的可呼吸氧气量。MOXIE被设计成每小时产生10克氧气。

这次技术演示的目的是确保该仪器在从地球发射、近7个月的深空旅行以及2月18日“毅力”号着陆后能够存活下来。MOXIE预计在火星上的一年(在地球上将近两年)至少还要提取9次氧气。

这些氧气生产将分三个阶段进行。第一阶段将检查和表征仪器的功能，而第二阶段将在不同的大气条件下运行仪器，如一天的不同时间和季节。赫克特说，在第三阶段，“我们将挑战极限”——尝试新的操作模式，或引入“新的皱纹，比如我们在三种或三种以上不同温度下比较操作。”

STMD技术演示部主任特鲁迪·科特斯说:“MOXIE不仅仅是在另一个世界制造氧气的第一个仪器。”这是首个此类技术，将帮助未来的任务“在陆地上生存”，利用另一个世界的环境元素，也被称为原地资源利用。

她说:“它把你在地面上找到的风化层物质，通过一个加工厂，使它成为一个大型结构，或者把二氧化碳——大气中的大部分——转化为氧气。”“这个过程使我们能够将这些丰富的材料转化为可用的东西:推进剂、可呼吸的空气，或者与氢结合的水。”

编者按:这篇文章被转载美国国家航空航天局．跟随机器人报道的完整报道火星2020．