Il 30 luglio, si apre una finestra di opportunità di due settimane per Perseverance, il nuovissimo rover su Marte, forgiato nello spirito della curiosità umana, per iniziare il suo viaggio verso il Pianeta Rosso con un lancio dal Cape Canaveral Space Launch Center, sulla costa orientale della Florida. Con l'aiuto del MIT, quest'ultima missione della NASA si baserà sull'eredità dei suoi predecessori di laboratorio itinerante e scaverà più a fondo che mai nelle domande sulla vita su Marte.

Nel suo stato attuale, Marte è inospitale; la superficie è polverosa, e l'unica acqua disponibile è gelata vicino ai poli, profondo sottoterra, o così strettamente legato al suolo che dovrebbe essere cotto in un forno per estrarlo. L'aria è irrespirabile, e la sottile atmosfera consente livelli preoccupanti di radiazioni mantenendo una temperatura media di -81 gradi Fahrenheit. Un tempo nel passato, però, potrebbe essere stato molto più simile alla Terra, e potrebbe essere stato più sostenibile per la vita.

Gli obiettivi di Perseverance, una componente distintiva della più ampia missione Mars 2020, sono esplorare le questioni di questa ex abitabilità, caratterizzare l'ambiente, e per aiutare a spianare la strada alla futura esplorazione umana. Uno dei sette esperimenti che viaggiano sul rover affronterà specificamente le future missioni umane su Marte:MOXIE, abbreviazione di Mars OXygen In situ resource use Experiment, ci aiuterà a prepararci per quelle prime missioni dimostrando che possiamo produrre il nostro ossigeno su Marte da utilizzare per il propellente dei razzi e per far respirare l'equipaggio quando gli astronauti vi arriveranno. MOXIE è stato proposto e sviluppato attraverso una collaborazione tra i ricercatori dell'Haystack Observatory del MIT e il Dipartimento di Aeronautica e Astronautica (AeroAstro) del MIT, insieme agli ingegneri del Jet Propulsion Laboratory (JPL) della NASA.

Il MIT è ben rappresentato anche in altri aspetti della missione. La perseveranza porterà un sofisticato sistema per selezionare, carotaggio, memorizzazione nella cache, e preservare campioni di roccia e suolo da riportare un giorno sulla Terra. Professore associato di geobiologia Tanja Bosak e professore di scienze planetarie Ben Weiss, entrambi dal Dipartimento della Terra del MIT, Atmosferico, e Scienze Planetarie (EAPS), sono scienziati partecipanti che lavoreranno con questo sistema per aiutare a scegliere quali campioni dalla superficie marziana raccogliere e analizzare. e Ariel Ekblaw, uno studente laureato in arti e scienze dei media e il fondatore e capo del MIT Media Lab Space Exploration Initiative, ha contribuito a un esperimento su rover durante un'estate al JPL che cercherà prove di microbi passati.

Il piccolo albero meccanico

Nel film del 2015 Il marziano, quando l'astronauta Mark Watney (interpretato da Matt Damon) è rimasto bloccato su Marte, è riuscito a sopravvivere abbastanza a lungo da coordinare una missione di salvataggio di appuntamento con il suo equipaggio vivendo al largo della terra del Pianeta Rosso. Questo è il principio alla base dell'utilizzo delle risorse in situ, o ISRU, e MOXIE rappresenta un primo passo importante nella realizzazione di ISRU per i futuri esploratori di Marte.

"Non solo hai bisogno di ossigeno per far respirare le persone, ma ne hai bisogno anche per far respirare il razzo. Se stai bruciando carburante, hai bisogno di ossigeno per consumarlo, "dice Michael Hecht, MOXIE investigatore principale e direttore della ricerca presso il MIT Haystack Observatory a Westford, Massachusetts. "C'è un motivo per cui le bombole di ossigeno sono gli oggetti più pesanti su un manifesto di volo spaziale".

I lanci consumano molto carburante:spingere un veicolo spaziale per uscire dall'attrazione gravitazionale terrestre richiede una grande quantità di energia, e tornare sulla Terra richiede di rifare tutto da capo. Cosa c'è di più, i pesanti serbatoi necessari per trasportare l'ossigeno necessario per una determinata missione occupano preziosi immobili in un'astronave accuratamente calibrata. È qui che entra in gioco l'approccio ISRU.

"Invece di portarlo con noi, perché non farlo quando arriviamo quando ne abbiamo bisogno?" dice Hecht. "L'ossigeno esiste su Marte, solo non in una forma in cui possiamo usarlo. Quindi questo è il problema che stavamo cercando di risolvere con MOXIE."

Una potenziale fonte di ossigeno è il ghiaccio che esiste sotto la superficie marziana. Ma estrarre questo ghiaccio richiederebbe macchinari complessi, e l'atto fisico di scavare e perforare porterebbe a un'usura significativa dell'attrezzatura, che è un problema quando una persona di riparazione è un pianeta lontano. per fortuna, c'era un'altra potenziale risorsa che il team può sfruttare per generare ossigeno:l'atmosfera.

"Con l'approccio minerario, devi estrarre il ghiaccio, raffinarlo e lavorarlo per liberare l'ossigeno, e riportalo indietro, che non è qualcosa che possiamo fare roboticamente, soprattutto all'interno dei nostri limiti di spazio, " dice Hecht. "Volevo trovare un approccio molto più semplice. L'atmosfera marziana contiene circa il 96 percento di anidride carbonica, così abbiamo costruito un piccolo albero meccanico, perché è molto più facile che costruire una miniatura, società mineraria autonoma."

L'obiettivo di MOXIE:raccogliere l'anidride carbonica abbondante nell'aria marziana, convertirlo in ossigeno, e misurare la purezza dell'ossigeno. Dopo aver tirato in aria marziana, il sistema filtra la polvere, lo comprime, e poi lo alimenta nel Solid OXide Electrolyzer (SOXE), l'elemento chiave che prende l'anidride carbonica pressurizzata e utilizza una combinazione di elettricità e chimica per dividere la molecola in ossigeno e monossido di carbonio. La purezza dell'ossigeno viene analizzata, e poi l'ossigeno viene rilasciato di nuovo nell'atmosfera marziana.

Attualmente, il piano è di eseguire almeno 10 corse per la produzione di ossigeno durante la missione in quante più condizioni stagionali e ambientali possibili. A causa dell'intensa quantità di energia richiesta per eseguire l'esperimento MOXIE, il team si coordinerà con gli altri ricercatori, che dovrà spegnersi per la durata di diverse ore di MOXIE, e poi attendi la maggior parte di un giorno marziano (chiamato sol) affinché le batterie di Perseverance si ricarichino. I dati verranno rispediti a un laboratorio nel campus del MIT, dove verranno analizzate le prestazioni di MOXIE.

Assemblare la squadra

Nel 2013, La NASA ha pubblicato un invito a presentare proposte per esperimenti che generano ossigeno per il rover 2020 entro parametri specifici. Nonostante abbia lavorato alla missione Phoenix Mars Lander durante i suoi 30 anni di incarico al JPL, quando Hecht si è trasferito nella sua attuale posizione al MIT Haystack Observatory nel 2012, non si aspettava più di essere un "uomo di Marte"—pensava di aver chiuso definitivamente con Marte. Ma i suoi ex colleghi del JPL non erano d'accordo e gli chiesero di guidare l'esperimento come investigatore principale. Secondo Hecht, anche dopo aver firmato, riteneva che la proposta di progetto fosse un'impresa ardua, ma nel luglio 2014 lui ei suoi colleghi hanno saputo che hanno ottenuto il progetto.

"I ricercatori di altri laboratori della NASA hanno avuto un enorme vantaggio e un grande patrimonio tecnologico. La selezione di MOXIE è stata un'enorme sorpresa per me, " dice Hecht. "Poiché questa missione ha un focus incentrato sull'uomo, Sapevo che dovevamo stabilire una reale credibilità con la comunità dell'esplorazione umana, che non stavamo solo cercando una scusa per fare un po' di scienza interessante. Così, come li convinciamo che siamo per davvero e che vogliamo aiutare con l'esplorazione umana? Mi ci sono voluti circa cinque minuti per pensare a Jeff Hoffman".

Hoffman, un professore della pratica in MIT AeroAstro, sa sicuramente una o due cose sull'esplorazione umana dello spazio. Ha registrato quattro passeggiate spaziali durante i suoi cinque voli spaziali durante la sua carriera come astronauta della NASA, inclusa la missione iniziale di salvataggio/recupero per riparare il telescopio spaziale Hubble nel 1993.

Oltre alla vasta esperienza di Hoffman con il volo spaziale umano, ha condiviso un'altra connessione con Hecht:Hecht è stato il primo studente laureato consigliere di Hoffman come nuovo ricercatore del MIT prima di essere chiamato per entrare nel programma astronauti nel 1978 e perseguire una carriera con la NASA. È tornato alla facoltà del MIT nel 2001, e oltre ad essere vice investigatore principale su MOXIE, dirige lo Human Systems Lab del MIT e tiene corsi sui sistemi di volo spaziale umano.

"È una grande esperienza collaborare con un ex studente laureato come colleghi, soprattutto su un progetto come MOXIE perché mostra quanto siano importanti gli studenti laureati per il processo di ricerca in una storia che arriva al punto di partenza, " dice Hoffman. "Non solo gli studenti laureati svolgono il lavoro quotidiano su un progetto, ma stiamo anche sviluppando la prossima generazione di persone che porteranno avanti l'esplorazione non solo di Marte, ma l'intero sistema solare."

Dottorato AeroAstro gli studenti Eric Hinterman SM '18 e Maya Nasr '18 fanno parte del team MOXIE dal 2016, quando Hinterman stava lavorando al suo master e Nasr stava eseguendo un progetto di ricerca relativo a MOXIE come junior in aeronautica e astronautica.

Per la sua tesi di laurea, Nasr si è concentrato sulla calibrazione dei sensori nell'unità MOXIE eseguendo esperimenti a diverse pressioni e temperature e condizioni che imitano l'ambiente su Marte. L'obiettivo del lavoro del suo maestro era capire come i sensori possono comportarsi diversamente in un ambiente come quello di Marte, e calibrarli di conseguenza in modo che rimandino dati accurati durante la missione. Il suo dottorato il lavoro si concentrerà sull'elaborazione e l'analisi sia dei dati del laboratorio sperimentale MOXIE che dei dati di telemetria che verranno rispediti da Marte, che aiuterà a determinare quanto bene l'unità funzioni nel suo compito di estrarre ossigeno.

"Per me personalmente, significa molto lavorare su questo progetto ed è incredibile che il lancio stia già avvenendo. Sono cresciuto in Libano e ricordo di aver visto l'atterraggio del Curiosity Rover, e all'epoca il direttore del JPL della NASA era il dottor Charles Elachi, che è di origine libanese, "dice Nasr. "Vederlo al controllo missione mi ha fatto capire che era possibile far parte di una missione su Marte, ed è uno dei motivi per cui ho fatto domanda al MIT."

Il nuovo membro del team MOXIE è la studentessa di master AeroAstro Justine Schultz, che si è unito alla tarda primavera del 2020. Schultz, che lavora anche a tempo pieno presso General Electric, concentrerà il suo lavoro di laurea sulla costruzione di un modello termico dettagliato di MOXIE.

Cosa c'è in un nome?

Dal momento che "Mars OXygen In situ resource using Experiment" è un boccone, Hecht voleva essere creativo con il nome del progetto. L'ispirazione iniziale viene da Moxie soda, che è stato inventato nel Massachusetts nel 1800 come tonico calmante dei nervi. Quando l'azienda lo ha mescolato con acqua gassata per una maggiore carbonatazione, ha iniziato a volare via dagli scaffali ed è diventata una delle prime bibite prodotte in serie negli Stati Uniti.

Oltre al collegamento locale e all'importante ruolo dell'anidride carbonica nella storia di successo di Moxie soda, Hecht ha pensato che il significato dietro la parola che è entrata a far parte del nostro lessico culturale fosse particolarmente adatto al progetto. Merriam-Webster definisce "moxie" come "energia, pep, coraggio, determinazione, e know-how." Il significato più profondo è diventato ancora più rilevante quando il mondo è alle prese con una pericolosa pandemia globale con il traguardo in vista.

"La situazione con il coronavirus ha sicuramente causato alcuni ritardi da dove pensavamo di essere, ma per fortuna non ha mai messo in pericolo la missione. Nonostante alcune battute d'arresto, siamo stati in grado di orientarci e adattarci per mantenere il lancio sulla buona strada, " ha detto Hecht. "Ma COVID-19 sia dannato, stiamo lanciando questo rover."

La finestra di lancio è un fattore importante perché segna il periodo di tempo in cui l'orbita della Terra intorno al sole è allineata con quella di Marte in modo tale da consentire a un razzo di seguire una traiettoria di volo come cambiare corsia in un'autostrada per incontrarsi con il suo bersaglio punto di atterraggio sul cratere Jezero di Marte. La finestra si chiude il 15 agosto e non riaprirà per altri 26 mesi.

"Anche se sarà triste non avere quel momento di festa di persona insieme, la cosa fondamentale è che andremo sulla superficie di Marte e produrremo ossigeno, che faremo online da casa, ", afferma Hoffman. "Guardando tutto ciò che è successo negli ultimi mesi e tutte le persone che hanno lavorato duramente per preparare Mars 2020 per il lancio nonostante il mondo intorno a noi si stia chiudendo, Sono felice che abbiamo scelto il nome Perseverance perché resistere e perseverare nella missione è diventato il nome del gioco".