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NASA耗资千万火星生产氧,俄罗斯网友:真不知道可以电解水制氧?

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  今天有一个令人振奋的消息,“毅力”号的一台叫做“MOXIE”的设备在火星上尝试产生氧气,成功从火星的大气中提取出了5克氧,大约可以供一个成年人呼吸10分钟!


  火星上的大气都是二氧化碳,它是怎么提取出氧气的?

  火星是距离地球最近的行星?其实金星才是,火星要稍微远那么一丢丢,但金星实在是太热了,表面温度高达460摄氏度以上,所以处在太阳系冷边缘,和地球非常相似的火星就进入了全球航天大国的视野!


  火星直径6,779千米,大约是地球的一半,半长轴约2.28亿千米,是日地距离的1.5倍左右,火星自转一周24.6229小时,几乎和地球一天差不多,当然最关键的有两点:

  

  • 火星上有大量的水资源
  • 火星有一个大气层

  火星的南北极极冠有大量的水冰,还有火星的地下,有远古时期渗入后被密封在内部的大量液态水,比如欧洲航天局发现的火星南极附近地下的液态盐水湖。


  比较可惜的是火星的大气层和地球差得有点远,地球大气中有21%的氧气,而火星却几乎都是二氧化碳,而且还非常稀薄,因此这次“毅力号”携带的火星直升机专门为了稀薄大气中飞行而设计,据说价值8500万美元,这个鞋盒般大小的直升机变地球上的飞机还要贵!


  “MOXIE”如何将二氧化碳变成氧气?

  氧气和碳结合生成二氧化碳的过程很简单,可以通过燃烧等化学反应,也可以通过生物体的呼吸过程,二氧化碳倒过来变成氧气,除了绿色植物的光合作用以外,当然也有化学过程,那么“MOXIE”的原理又是怎样的呢?


  “MOXIE”的大小和一个汽车电池差不多,在地球重约17.1公斤(火星重量约6.41公斤),功率为300W,制氧量约10克/小时。


  它被安装在毅力号右前侧位置,工作时首先将火星大气吸入二氧化碳,然后通过涡轮机压缩至1个大气压,然后将经过压缩的大气送入固体氧化物电解器(SOXE),在电池内部阴极进行电化学裂解,以在阳极产生纯O 2,这个过程等效于反向运行燃料电池。

  工作模块与流程


  这台固体氧化物电池在800°C下运行,需要复杂的隔热系统,包括输入其他的预热以及废气的冷却,还有氧气纯度的控制等,另外还要基于流速测得转化率,优化控制已达到火星大气压下的最高效率。

  已经安装在“毅力号”上的“MOXIE”


  这台有麻省理工学院设计设备造价不菲,估计至少百万美元,再加上亿万里迢迢送到火星,那价值何止千万!有俄罗斯网友看不下去了,直接在NASA庆贺的社交媒体上留言,难道你们就不知道有一种叫做电解水制氧的方法吗?


  火星既然有那么多水资源,怎么就不能用电解水这种连中学生都知道的方法呢?而且只要两根玻璃管,一桶水再加一个电池即可实现,这成本简直就是白菜价!


  电解一升水大约需要4.4度电,按效率按80%计算,大约需要5.5度电,能得到888克氧气,按5克氧气供呼吸10分钟算,这888克可以呼吸大约1777分钟,大约29.6小时,当然这需要耗电,那么从哪里来呢?


  在火星上取得电能并不麻烦,每天都是大晴天,除了偶尔的沙尘暴,天天可以制氧,只是火星的太阳辐射强度只有地球的一半,也就是太阳能电池需要加倍布置,当然这完全不是问题,总比NASA请麻省理工设计一台超级豪华型要省事得多。


  当然它的好处是可以从大气中提取氧气,毕竟火星并非到处都有水,只有火星南北极以及特定的某些地方才可能有水,如果NASA的制氧成本低,那么未来可以在任何纬度大量制氧,建立基地选址的灵活性立马上升。


  火星生产出氧气,人类什么时候可以移民火星?

  马斯克曾经豪言壮语,2050年前将百万人送到火星建立殖民地,当然大家都知道这就是喊喊口号,只要在2050年前完成载人火星登陆,差不多就是一件非常了不起的事情了!


  因为马斯克的计划是不仅要登陆火星,而且还要在火星上利用大气层中的二氧化碳制造甲烷和氧气,从火星加油再飞回来,这有多难?几乎相当于在火星上建立一个燃料工厂,需要制造出至少上百吨燃料,这是个相当冒险的计划,所以才有人称马斯克即使能将宇航员送到火星,也不过是单程票!


  从地球前往火星,技术上并没有特别大的难题,毕竟那么多探测器已经成功登陆火星,但最大的问题也是因为人,和无人能探测器不一样,人是需要吃喝拉撒的,需要维保系统,会产生一系列的心理问题,还有时效问题,比如必须在补给和氧气耗尽前完成任务返回地球,当然更重要的是载人计划一旦失败,这个社会后果是相当严重的。


  因为前往火星耗时至少半年,而且回来至少也得在2年之后了(因为火星2年才和地球靠近一次),所以这来回一年,火星上至少煎熬一年,绝不是载人登月那样几天就可以来回,因此这个难度可想而知的!

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