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重大新突破!NASA毅力号成功在火星制取氧气

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据美国宇航局NASA报道 ,毅力号取得又一个新突破——在火星成功制取了第一批氧气。这是人类首次在外星球制取氧气,该试验于2021年4月20日进行,也就是机智号火星直升机历史性首飞成功的第二天。


  毫无疑问,这是一个令人兴奋的消息,为未来人类登陆乃至移民火星铺平道路。在火星上制取和储存氧气意义重大,不仅可以为火箭提供推进剂,还能用于宇航员呼吸。

  毅力号上装配了一台名为火星氧气原位资源利用实验仪(MOXIE)的科学载荷,目标是进行一项探索性技术研究,尝试用火星大气中的二氧化碳制取氧气。

  火星拥有稀薄大气,大气密度约为地球的1%,主要成分是二氧化碳,含量高达96%。MOXIE的工作原理是将氧原子从二氧化碳中分离出来,生成氧气和一氧化碳,前者被保留存储,后者则作为废气排放。这一转换过程需要在大约800℃的高温环境下进行,因此MOXIE采用了耐高温材料制作。另外,MOXIE外部还镀了一层金,用以反射红外热量,防止毅力号其他部件受损。


  2021年4月20日是MOXIE第一次进行制取氧气试验,表现一般——制取了5.37克氧气,相当于一名宇航员呼吸10分钟的耗氧量。MOXIE在设计上每小时可产生10克氧气。


  按NASA的计划,在接下来的1个火星年(约2个地球年)里,MOXIE将至少再进行9次氧气制取试验。这些试验可分为三个阶段——第一阶段:检测和展现仪器功能;第二阶段:在不同大气条件下运行仪器,比如在不同日期和季节;第三阶段:突破极限,尝试新的操作模式,在三种乃至更多的温度下运行仪器,以作对照。

  对于人类登陆火星而言,氧气是至关重要的。

  首先,火箭飞离火星需要大量氧气作为助燃剂。比如,在未来的载人登陆火星任务中,让四名宇航员离开火星表面大约需要7吨燃料和25吨氧气。将25吨氧气从地球运至火星是个巨大的挑战,因此得想办法实现原位资源利用。MOXIE的技术将应用于火星大规模制取氧气,未来将向火星运送一台质量高达1吨的氧气转换器,这比直接从地球运输氧气到火星要经济实用得多。

  相比之下,宇航员在火星上呼吸所用的氧气就显得小巫见大巫了。四名宇航员在火星上待一年,1吨氧气差不多就够了。

  总之,MOXIE在火星上成功制取氧气,是一个让科幻照进现实的新突破,人类移民火星并非天方夜谭。

  毅力号是史上最贵火星车,外加机智号火星直升机,项目总耗资将近30亿美金。其中,毅力号的建造与发射花费约24亿美金,毅力号主任务阶段运营费用约3亿美金;机智号的建造花费约8000万美金,机智号运营费用约500万美金。


  与其说毅力号是一辆火星车,不如说是一座可移动的实验室。毅力号上装配了7大科学载荷——桅杆相机(Mastcam-Z)、火星环境动力学分析仪(MEDA)、火星氧气原位资源利用实验仪(MOXIE)、行星X射线岩石化学仪(PIXL)、火星地下实验雷达成像仪(RIMFAX)、扫描宜居环境拉曼光谱仪(SHERLOC)、超级相机(SuperCam)。


  毅力号上火星最关键的一个目标是研究天体生物学,搜寻火星远古生命迹象。与此同时,还会深入探测火星地质与气候、采集并储存样品供未来的火星任务带回地球,以及为人类登陆火星做铺垫。

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