Il MOXIE della NASA con parti stampate in 3D produce ossigeno su Marte
Dopo essere arrivato su Marte nel febbraio 2021, il Perseverance Rover della NASA ha ottenuto diversi traguardi rivoluzionari. All’inizio di aprile, l’Elicottero Ingenuity è diventato il primo aereo della storia a compiere un volo controllato su un altro pianeta, sorvolando due volte il cratere Jezero. Subito dopo, il 21 aprile, è stato il turno di MOXIE. Abbreviazione di “Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment”, il nuovo strumento, con parti stampate in 3D, ha convertito per la prima volta l’atmosfera sottile e ricca di anidride carbonica del pianeta in ossigeno. Direttamente da romanzi di fantascienza come The Martian , la tecnologia potrebbe aiutare le missioni future a sopravvivere in ambienti al di fuori della Terra utilizzando abbondanti elementi trovati sul posto.
Il nuovo robot a sei ruote della NASA ha incontrato un habitat ostile sulla superficie marziana. Anche se è piena di nuvole e raffiche di vento proprio come la Terra, l’atmosfera manca di un robusto strato di ozono, quindi la superficie è bombardata dalla radiazione solare ultravioletta. Inoltre, Marte contiene molta anidride carbonica (96%) e pochissimo ossigeno. A meno dell’1%, è a malapena paragonabile alla Terra, dove l’ossigeno atmosferico sale al 21%. Un generatore di ossigeno come MOXIE potrebbe prosperare su altri pianeti, evolvendosi in piattaforme più grandi ed efficienti per consentire agli astronauti di creare la propria aria per respirare e fornire ossigeno per bruciare il carburante per missili necessario per riportare gli umani sulla Terra.
Viaggiando a bordo del Perseverance, MOXIE è un dispositivo delle dimensioni di un tostapane realizzato con materiali resistenti al calore in grado di resistere a una temperatura di circa 1.470 ° Fahrenheit (800 ° Celsius), necessaria affinché il processo di conversione abbia successo. È realizzato con componenti in lega di nichel stampati in 3D, che riscaldano e raffreddano i gas che lo attraversano, e un aerogel leggero che aiuta a trattenere il calore. Un sottile rivestimento dorato all’esterno di MOXIE riflette il calore a infrarossi, impedendogli di irradiarsi verso l’esterno e potenzialmente danneggiare altre parti di Perseverance.
L’amministratore associato della NASA presso la direzione della missione tecnologica spaziale (STMD), Jim Reuter, ha descritto il risultato come un “primo passo fondamentale per convertire l’anidride carbonica in ossigeno su Marte”. Sebbene MOXIE abbia ancora molto lavoro da fare, Reuter ha affermato che i risultati di questa dimostrazione tecnologica offrono molte promesse, soprattutto perché i piani per una missione con equipaggio su Marte vanno avanti.
Per eseguire il processo critico , MOXIE preleva sostanzialmente l’anidride carbonica dall’atmosfera marziana, quindi divide elettrochimicamente le molecole di anidride carbonica per produrre ossigeno puro, separandolo dal monossido di carbonio, in un processo equivalente a far funzionare una cella a combustibile al contrario . L’ossigeno viene analizzato per la purezza prima di essere scaricato nuovamente nell’atmosfera di Marte insieme al monossido di carbonio e ad altri prodotti di scarico.
Dopo un periodo di riscaldamento di due ore in loco, MOXIE ha iniziato a produrre ossigeno a una velocità di sei grammi l’ora. Questo è stato ridotto due volte durante la corsa per valutare lo stato dello strumento. Dopo un’ora di funzionamento, l’ossigeno totale prodotto era di circa 5,4 grammi, abbastanza per mantenere in buona salute un astronauta per quasi dieci minuti di normale attività. Il piccolo dispositivo sperimentale è progettato per generare fino a 10 grammi di ossigeno all’ora, ma la produzione di ossigeno è stata “piuttosto modesta durante la sua prima operazione”, ha affermato la NASA.
Per i razzi o gli astronauti, l’ossigeno è fondamentale, quindi separando gli atomi di ossigeno dalle molecole di anidride carbonica, MOXIE garantisce la produzione di ossigeno. I razzi devono operare nello spazio, dove non c’è ossigeno, il che significa che devono trasportare non solo carburante ma anche il proprio rifornimento di ossigeno. Per bruciare il suo carburante, un razzo deve avere più ossigeno in peso e portare quattro astronauti fuori dalla superficie marziana in una missione futura richiederebbe circa 15.000 libbre (sette tonnellate metriche) di carburante per missili e 55.000 libbre (25 tonnellate metriche) di ossigeno, ha detto l’investigatore principale di MOXIE, Michael Hecht dell’Osservatorio Haystack del Massachusetts Institute of Technology (MIT) .
Tuttavia, trasportare 55.000 libbre di ossigeno dalla Terra a Marte sarebbe un compito arduo. Se i futuri esploratori dipenderanno dalla produzione di propellenti su Marte per tornare a casa, trovare un modo sostenibile, economico ed efficiente per convertire le risorse locali in ossigeno sarà fondamentale per il successo di qualsiasi missione. Anche gli astronauti che vivono e lavorano su Marte avranno bisogno di ossigeno per respirare, sebbene per decollare molto meno di un razzo. Hecht stima che gli astronauti che trascorrono un anno in superficie utilizzeranno una tonnellata metrica tra di loro. In confronto, un essere umano sulla Terra respira circa 740 chilogrammi di ossigeno all’anno.
Sebbene la dimostrazione tecnologica sia appena iniziata, MOXIE potrebbe aprire la strada alla “fantascienza che diventi un fatto scientifico”, ha dichiarato la NASA. Questa dimostrazione tecnologica è stata progettata per garantire che lo strumento sia sopravvissuto al lancio dalla Terra, a un viaggio di quasi sette mesi nello spazio profondo e a un touchdown con Perseverance. Si prevede che MOXIE estrarrà ossigeno almeno altre nove volte nel corso di un anno marziano, quasi due anni sulla Terra.
I cicli di produzione dell’ossigeno avverranno in tre fasi. La prima fase verificherà e caratterizzerà la funzione dello strumento. Al contrario, la seconda fase eseguirà lo strumento in condizioni atmosferiche variabili, come diversi momenti della giornata e stagioni. Nella terza fase, ha detto Hecht, “supereremo i limiti”, provando nuove modalità operative o introducendo “nuove rughe” come una corsa per confrontare le operazioni a tre o più temperature diverse.
Trudy Kortes, Direttore delle dimostrazioni tecnologiche all’interno di STMD, ha definito lo sfruttamento degli elementi negli ambienti al di fuori della Terra “vivere fuori dalla terra”, noto anche come utilizzo delle risorse in situ , la risposta alla sopravvivenza umana nell’esplorazione spaziale . Proprio come molte aziende e istituti di ricerca stanno esplorando tecniche di costruzione alternative per costruire strutture abitative su altri pianeti facendo affidamento su materiale di alimentazione locale di regolite, trasformare una sostanza abbondante come l’anidride carbonica in ossigeno è uno degli esperimenti più lungimiranti se gli esseri umani stanno pianificando di viaggiare alla Luna, Marte e oltre nei prossimi decenni. Per saperne di più sugli altri modi in cui la stampa 3D sta aprendo il futuro per gli esseri umani nello spazio, dai un’occhiata a Space Zone di 3DPrint.com .
