Pour la plupart des opérations spatiales, l'énoncé «Ce qui monte, monte et reste» est idéal. Il y a à peine 10 ans, la plupart des systèmes et appareils envoyés de la Terre dans l'espace, y compris l'orbite (à l'exception de l'ISS) et d'autres planètes, ne sont jamais revenus. Bien sûr, les débris spatiaux quittent souvent l'orbite et brûlent dans l'atmosphère terrestre, mais il est difficile d'appeler cela un retour complet.
Maintenant que des fusées réutilisables sont apparues, l'une des expéditions spatiales s'est terminée par la collecte d'échantillons d'astéroïdes et leur retour sur Terre. Mais néanmoins, ce principe reste d'actualité à notre époque. Et si les habitants de la Terre peuvent le supporter, alors pour une future mission avec l'atterrissage de personnes sur Mars, ce principe ne convient absolument pas. La raison est simple: les humains doivent pouvoir retourner sur Terre. Il existe plusieurs options pour assurer le retour, mais le principal problème est le manque de carburant. L'option idéale est de produire du carburant sur place sur la planète rouge. Le rover Perseverance et son module MOXIE vous aideront à savoir si ce scénario est réel.
N'est-il pas plus facile de prendre du carburant sur Terre? Non, ce n’est pas plus facile. Après avoir atterri sur Mars, les colons / marsonautes n'auront plus de carburant pour rentrer chez eux, ils devront donc soit attendre la livraison d'une cargaison supplémentaire, soit générer eux-mêmes du carburant. Et cela ne peut être fait que si de l'oxygène est produit sur Mars. Le travail de Perseverance consiste à effectuer plusieurs tests pour prouver que la planète rouge peut produire du carburant. Tout cela sera mis en œuvre dans le cadre de l'expérience MOXIE (Mars Oxygen ISRU Experiment).
Quelle est cette expérience?
C'est l'une des expériences les plus prometteuses du point de vue de la science, menée en dehors de la Terre. Oui, nous sommes nombreux à être attirés par les tests de drones volants qui sont sur le point d'avoir lieu. Mais encore, d'un point de vue scientifique, MOXIE est plus important.
Module MOXIE - Apparence
Si tout se passe bien, les scientifiques et ingénieurs de la NASA pourront prouver la possibilité de produire la ressource la plus importante - le carburant - en dehors de notre planète. Les scientifiques espèrent commencer à produire du carburant sur Mars en utilisant des composants déjà présents sur la planète rouge. Sinon, les voyages à long terme de personnes vers d'autres planètes, y compris Mars, peuvent être impossibles ou extrêmement improbables.
Selon des calculs préliminaires, les Marsonautes auront besoin d'environ 30 tonnes d'oxygène liquide pour retourner sur Terre.
Tout le secret de l'expérience est dans la céramique
Si les extraterrestres décidaient d'atterrir sur Terre et d'essayer de trouver de l'oxygène, ils auraient réussi sans aucune difficulté. L'atmosphère terrestre contient environ 21% de cet élément, donc seul l'équipement scientifique le plus simple est nécessaire pour le détecter. L'oxygène peut être éliminé de l'eau par électrolyse, auquel cas l'équipement est encore plus simple.
Mais avec Mars, c'est différent. S'il est possible de trouver des réserves de glace ou d'eau (les données de certaines études suggèrent qu'il y a de la glace en vrac, mais cela reste à prouver), alors le reste est une question de technologie, du carburant peut être produit. Jusqu'à présent, tout est compliqué avec l'eau martienne.
Par conséquent, les scientifiques espèrent établir un processus d'extraction de l'oxygène de l'atmosphère de Mars. 95% de son atmosphère est du dioxyde de carbone. MOXIE aidera à tester la capacité d'extraire l'oxygène de l'atmosphère à l'aide de l'électrolyse à l'oxyde solide. Ce ne sera que le dioxyde de carbone qui se décomposera, avec les dérivés de la réaction sous forme d'oxygène et de monoxyde de carbone (monoxyde de carbone).
Le principe ici est le même que dans l'électrolyse conventionnelle - la décomposition de composés chimiques en éléments individuels à l'aide de l'électricité. Mais il y a un composant très important ici - les éléments céramiques dans les cellules de l'électrolyseur à oxyde solide. Les cellules sont composées d'oxyde de zirconium stabilisé avec une petite quantité de scandium. Ce matériau est connu sous le nom de ScSZ. Il permet d'effectuer une électrolyse, ayant des qualités telles que la résistance à la chaleur, une résistance élevée, un poids léger.
Le cycle de production d'oxygène commence par le fonctionnement du compresseur d'air et des filtres à poussière. MOXIE utilise un compresseur de défilement dans lequel deux éléments de défilement sont connectés pour former un seul système. La tâche du compresseur est d'augmenter la pression dans le module par rapport au sol. Ce n'est pas facile car l'atmosphère de Mars est environ 100 fois plus raréfiée que celle de la Terre.
Compresseur pour MOXIE
Une nuance importante - pour l'électrolyse des oxydes solides, des températures élevées d'environ 800 ° C sont nécessaires. Comprimé à la densité de l'atmosphère terrestre, le gaz traverse une série d'échangeurs de chaleur imprimés en 3D. La température élevée est obtenue grâce à l'électricité - quoi d'autre. Et le MOXIE consomme plus d'énergie qu'un rover RTG n'en produit dans un seul sol. En conséquence, l'expérience a été planifiée aussi soigneusement que possible.
Agis comme un arbre
Ses créateurs appellent parfois le module «arbre artificiel», car le dioxyde de carbone est absorbé avec la production d'oxygène. Mais le processus lui-même n'est
Le gaz chauffé à une température élevée, qui est de 98% de dioxyde de carbone, pénètre dans les cellules SOXE. Chaque cellule est un «sandwich» d'électrodes métalliques poreuses de chaque côté des plaques ScSZ, qui agissent comme un électrolyte solide. Un courant est fourni à travers la cellule, à la suite de quoi, sous l'action du catalyseur, la réaction de réduction est effectuée:
Les ions oxygène réagissent alors entre eux au voisinage immédiat de l'anode poreuse comme suit:
Les capteurs du module évaluent la qualité et la progression de la réponse. La capacité du module est d'environ 12 g / h à un courant maximum de 4A. A l'issue de la réaction, tous ses dérivés sont renvoyés à l'atmosphère. L'appareil lui-même est une preuve de concept, sa tâche principale est de prouver la possibilité de produire de l'oxygène sur Mars. Il ne sert à rien de stocker de l'oxygène maintenant.
Si la capacité du module est augmentée 200 fois, il pourra alors générer exactement les mêmes 30 tonnes d'oxygène, qui ont été mentionnées au début.
Le module MOXIE est assez simple, il n'y a rien de tel. Mais dans certains cas, des réactions secondaires peuvent se produire, à la suite desquelles les pores de la cathode sont obstrués par du carbone solide. C'est le principal problème, car il n'y a pas d'opérateur à proximité qui puisse nettoyer les électrodes et remettre le module en marche. Eh bien, si un module à grande échelle apparaît, il y aura déjà des gens à proximité. Et ils pourront assurer le fonctionnement normal du "grand MOXIE", puisque leur retour sur Terre en dépendra.
