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Sulla superficie rossa e polverosa di Marte, a quasi 100 milioni di miglia dalla Terra, uno strumento delle dimensioni di un pranzo al sacco sta dimostrando che può fare in modo affidabile il lavoro di un piccolo albero.
Il Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment, o MOXIE, guidato dal MIT, produce con successo ossigeno dall'atmosfera ricca di anidride carbonica del pianeta rosso dal febbraio 2021, quando è atterrato sulla superficie marziana come parte della missione rover Perseverance della NASA .
In uno studio pubblicato sulla rivista Science Advances, i ricercatori riferiscono che, entro la fine del 2021, MOXIE è stato in grado di produrre ossigeno in sette prove sperimentali, in una varietà di condizioni atmosferiche, anche durante il giorno e la notte, e attraverso diverse stagioni marziane. In ogni corsa, lo strumento ha raggiunto l'obiettivo di produrre sei grammi di ossigeno all'ora, circa la velocità di un modesto albero sulla Terra.
I ricercatori prevedono che una versione su larga scala di MOXIE potrebbe essere inviata su Marte prima di una missione umana, per produrre continuamente ossigeno al ritmo di diverse centinaia di alberi. A tale capacità, il sistema dovrebbe generare abbastanza ossigeno sia per sostenere gli umani una volta arrivati, sia per alimentare un razzo per il ritorno degli astronauti sulla Terra.
Finora, la produzione costante di MOXIE è un primo passo promettente verso questo obiettivo.
"Abbiamo appreso una quantità enorme che informerà i sistemi futuri su scala più ampia", afferma Michael Hecht, ricercatore principale della missione MOXIE presso l'Osservatorio Haystack del MIT.
La produzione di ossigeno di MOXIE su Marte rappresenta anche la prima dimostrazione di "utilizzo delle risorse in situ", che è l'idea di raccogliere e utilizzare i materiali di un pianeta (in questo caso, l'anidride carbonica su Marte) per produrre risorse (come l'ossigeno) che potrebbero altrimenti devono essere trasportati dalla Terra.
"Questa è la prima dimostrazione dell'utilizzo effettivo delle risorse sulla superficie di un altro corpo planetario e della loro trasformazione chimica in qualcosa che sarebbe utile per una missione umana", afferma il vice ricercatore principale del MOXIE Jeffrey Hoffman, professore di pratica presso il dipartimento del MIT di Aeronautica e Astronautica. "È storico in questo senso."
I coautori del MIT di Hoffman e Hecht includono i membri del team MOXIE Jason SooHoo, Andrew Liu, Eric Hinterman, Maya Nasr, Shravan Hariharan e Kyle Horn, insieme a collaboratori di diverse istituzioni tra cui il Jet Propulsion Laboratory della NASA, che ha gestito lo sviluppo di MOXIE, il software di volo, confezionamento e test prima del lancio.
Aria stagionale
L'attuale versione di MOXIE è piccola in base alla progettazione, per adattarsi a bordo del rover Perseverance, ed è progettata per funzionare per brevi periodi, avviandosi e spegnendosi ad ogni corsa, a seconda del programma di esplorazione del rover e delle responsabilità della missione. Al contrario, una fabbrica di ossigeno su vasta scala includerebbe unità più grandi che idealmente funzionerebbero continuamente.
Nonostante i necessari compromessi nell'attuale design di MOXIE, lo strumento ha dimostrato di poter convertire in modo affidabile ed efficiente l'atmosfera di Marte in ossigeno puro. Lo fa aspirando prima l'aria marziana attraverso un filtro che la pulisce dai contaminanti. L'aria viene quindi pressurizzata e inviata attraverso il Solid OXide Electrolyzer (SOXE), uno strumento sviluppato e costruito da OxEon Energy, che divide elettrochimicamente l'aria ricca di anidride carbonica in ioni ossigeno e monossido di carbonio.
Gli ioni ossigeno vengono quindi isolati e ricombinati per formare ossigeno molecolare respirabile o O2 , di cui MOXIE misura la quantità e la purezza prima di rilasciarlo nell'aria in modo innocuo, insieme al monossido di carbonio e ad altri gas atmosferici.
Dall'atterraggio del rover nel febbraio 2021, gli ingegneri MOXIE hanno avviato lo strumento sette volte durante l'anno marziano, ogni volta impiegando alcune ore per riscaldarsi, quindi un'altra ora per produrre ossigeno prima di spegnersi di nuovo. Ogni corsa era programmata per un'ora diversa del giorno o della notte e in stagioni diverse, per vedere se MOXIE poteva adattarsi ai cambiamenti delle condizioni atmosferiche del pianeta.
"L'atmosfera di Marte è molto più variabile della Terra", osserva Hoffman. "La densità dell'aria può variare di un fattore due durante l'anno e la temperatura può variare di 100 gradi. Un obiettivo è dimostrare che possiamo correre in tutte le stagioni."
Finora, MOXIE ha dimostrato di poter produrre ossigeno in quasi ogni momento del giorno e dell'anno marziano.
"L'unica cosa che non abbiamo dimostrato è correre all'alba o al tramonto, quando la temperatura cambia sostanzialmente", afferma Hecht. "Abbiamo un asso nella manica che ci permetterà di farlo e, una volta testato in laboratorio, possiamo raggiungere l'ultimo traguardo per dimostrare che possiamo davvero correre in qualsiasi momento."
Prima del gioco
Poiché MOXIE continua a sfornare ossigeno su Marte, gli ingegneri intendono aumentare la sua capacità e aumentarne la produzione, in particolare nella primavera marziana, quando la densità atmosferica e i livelli di anidride carbonica sono elevati.
"La prossima corsa sarà durante la più alta densità dell'anno e vogliamo solo produrre più ossigeno possibile", afferma Hecht. "Quindi imposteremo tutto il più in alto possibile e lo faremo funzionare il più a lungo possibile."
Monitoreranno anche il sistema per segni di usura. Poiché MOXIE è solo un esperimento tra i tanti a bordo del rover Perseverance, non può funzionare continuamente come farebbe un sistema su vasta scala. Invece, lo strumento deve avviarsi e spegnersi a ogni corsa, uno stress termico che può degradare il sistema nel tempo.
Se MOXIE può funzionare correttamente nonostante l'accensione e lo spegnimento ripetuti, ciò suggerirebbe che un sistema su vasta scala, progettato per funzionare continuamente, potrebbe farlo per migliaia di ore.
"Per supportare una missione umana su Marte, dobbiamo portare un sacco di cose dalla Terra, come computer, tute spaziali e habitat", dice Hoffman. "Ma vecchio stupido ossigeno? Se riesci ad arrivarci, fallo, sei molto più avanti del gioco." + Esplora ulteriormente
