septiembre 27, 2022

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El éxito de la primera planta de oxígeno en Marte: el experimento MOXIE demuestra la viabilidad de extraer oxígeno de la atmósfera marciana

Oxígeno para los astronautas de Marte: Obtener oxígeno de la atmósfera marciana es factible, como lo demuestra el éxito del experimento MOXIE en el rover “Perseverance” de la NASA en Marte. Porque la pequeña caja pudo obtener oxígeno en todas las pruebas al dividir el dióxido de carbono en Marte. Producía unos seis gramos de O2 por hora, después de todo, como un árbol pequeño. Sin embargo, los dispositivos más grandes y de funcionamiento permanente podrían producir más oxígeno en el futuro.

Si los astronautas van a visitar Marte en el futuro o incluso permanecer allí durante un período de tiempo más largo, necesitarán oxígeno, para respirar, pero también como combustible para el viaje de regreso. Sin embargo, dado que las cantidades requeridas no pueden llevarse de la Tierra a Marte, deben producirse en el sitio. Desde la primavera de 2021, una caja del tamaño de una caja de zapatos a bordo de la nave espacial de Marte ha estado probando si esto es posible y cómo.perserveranciaExperiencia MOXIE.

Una vista de la experiencia MOXIE sin la portada. © Hoffman y otros/Science Advances, CC por nc 4.0

Oxígeno de la división del dióxido de carbono

MOXIE recolecta oxígeno al absorber y comprimir el aire marciano, delgado pero rico en dióxido de carbono. El gas, que consiste en un 94 por ciento de dióxido de carbono, luego se calienta a unos 800 grados y se introduce en un recipiente con dos electrodos. Allí tiene lugar la electrólisis, la división del dióxido de carbono en oxígeno y monóxido de carbono. El oxígeno se acumula en el cátodo y se puede usar como gas respirable, por ejemplo, mientras que los gases restantes regresan a la atmósfera después de ser filtrados.

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Ya en abril de 2021 un primer examen Esto generó con éxito oxígeno en el sitio. Desde entonces, MOXIE ha completado siete ciclos y, según lo previsto, ha estado produciendo unos seis gramos de O2 por hora. Después de todo, esto corresponde a la producción de oxígeno de un árbol caducifolio joven. “Esta es la primera demostración del uso de recursos en otro planeta”, dice el científico jefe de MOXIE, Jeffrey Hoffman, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT). “En ese sentido, esto es histórico”.

Producción de O2 en condiciones extremas

Pero lo más importante, la pequeña planta de oxígeno pudo obtener gas respirable en todas las condiciones probadas: durante el día, la noche y en diferentes estaciones. “La atmósfera de Marte es mucho más diversa que la de la Tierra”, explica Hoffman. “Su densidad de gas puede variar dos veces en el transcurso de un año marciano y la temperatura es de unos 100 grados. Por lo tanto, era importante demostrar que la generación de oxígeno es posible en todo momento”.

Fluctuaciones de densidad
La densidad de la atmósfera marciana, que consiste casi en su totalidad en dióxido de carbono, fluctúa mucho a lo largo del día y del año. Sin embargo, todos los exámenes MOXIE (puntaje OC) fueron exitosos. © Hoffman y otros/Science Advances, CC por nc 4.0

Esto es exactamente lo que ha logrado MOXIE: una pequeña planta de oxígeno logra producir un promedio de seis gramos de O2 por hora incluso con una densidad mínima de dióxido de carbono en la atmósfera marciana o temperaturas por debajo de los 74 grados. “La próxima prueba se llevará a cabo durante la densidad de gas más alta del año”, dice Michael Hecht, colega de Hoffman. Luego intentaremos generar la mayor cantidad de oxígeno posible. Haremos funcionar el dispositivo tanto como sea posible y lo dejaremos funcionar el mayor tiempo posible”.

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Más duradero de lo esperado

A diferencia de las futuras plantas de oxígeno en el sitio, MOXIE aún no está diseñado para un funcionamiento continuo: las reservas de energía del rover “perseverante” de Marte no son suficientes para esto. Por lo tanto, el dispositivo siempre debe calentarse lentamente durante varias horas antes de que pueda recolectar oxígeno activamente durante una buena hora. Luego se enfría de nuevo a temperatura ambiente. Estos cambios constantes entre temperaturas bajo cero y 800 grados C son una carga de calor significativa para el sistema.

Sin embargo, la descomposición es limitada: “Es probable que MOXIE pueda cumplir con su requisito de seis gramos de producción de O2 por hora durante más de 60 ciclos”, explican los investigadores. Más tarde, las variantes más grandes del sistema verán menos cambios de todos modos: “La planta de oxígeno a gran escala consistirá en unidades más grandes que operarán continuamente”, dice Hoffman.

Oxígeno para futuros astronautas en Marte

Según los científicos, el experimento MOXIE fue todo un éxito y un comienzo prometedor para la extracción de recursos importantes en la superficie de Marte en el sitio. “MOXIE ha demostrado que la extracción de oxígeno de la atmósfera marciana mediante la tecnología de electrólisis de óxido sólido es factible y escalable, y que cumple con las expectativas de eficiencia y calidad”, explica el equipo.

En preparación para una futura misión tripulada a Marte, se podría enviar una versión grande de MOXIE antes de que los astronautas aterricen y comiencen a extraer oxígeno allí. “Un sistema similar a MOXIE con una capacidad de 2 a 3 kilogramos de O2 por hora puede generar suficiente oxígeno para producir combustible para una sonda de ascenso a Marte en 26 meses”, explican Hoffman y sus colegas. (Avances de la ciencia, 2022; doi: 10.1126/sciadv.abp8636)

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Fuente: Instituto de Tecnología de Massachusetts