Una delle cose più difficili dell’invio di astronauti su Marte sarà riportarli a casa. Il lancio di un razzo dalla superficie del Pianeta Rosso richiederà quantità industriali di ossigeno, una parte cruciale del propellente: un equipaggio di quattro persone avrebbe bisogno di circa 55.000 libbre (25 tonnellate metriche) per produrre spinta da 15.000 libbre (7 tonnellate metriche) di carburante per missili.
È un sacco di propellente. Ma invece di trasportare tutto quell’ossigeno, cosa succederebbe se l’equipaggio riuscisse a farlo uscire dall’aria rarefatta (marziana)? Un generatore di ossigeno di prima generazione a bordo del rover Perseverance della NASA testerà la tecnologia per fare esattamente questo.
L’esperimento sull’utilizzo delle risorse in situ di Mars Oxygen, o MOXIE, è uno strumento sperimentale che si distingue dalla scienza primaria di Perseverance. Uno degli scopi principali del rover è catturare campioni di roccia restituibili che potrebbero portare segni di antica vita microbica. Sebbene Perseverance abbia una suite di strumenti pensati per aiutare a raggiungere questo obiettivo, MOXIE si concentra esclusivamente sull’ingegneria necessaria per i futuri sforzi di esplorazione umana.
Fin dagli albori dell’era spaziale, i ricercatori hanno parlato di utilizzo delle risorse in situ, o ISRU. Pensalo come vivere della terra e usare ciò che è disponibile nell’ambiente locale. Ciò include cose come trovare acqua ghiacciata che potrebbe essere sciolta per l’uso o ripararsi nelle grotte, ma anche generare ossigeno per il carburante per missili e, naturalmente, respirare.
La respirazione è solo un vantaggio collaterale del vero obiettivo di MOXIE, ha affermato Michael Hecht del Massachusetts Institute of Technology, il principale ricercatore dello strumento. Il propellente per missili è la risorsa consumabile più pesante di cui gli astronauti avranno bisogno, quindi essere in grado di produrre ossigeno a destinazione renderebbe il primo viaggio con equipaggio su Marte più facile, più sicuro e più economico.
“Quello che le persone in genere mi chiedono è se MOXIE è stato sviluppato in modo che gli astronauti abbiano qualcosa da respirare”, ha detto Hecht. “Ma i razzi respirano centinaia di volte più ossigeno delle persone”. L’atmosfera di Marte rappresenta una sfida importante per la vita umana e la produzione di propellenti per missili. È solo l’1% più spesso dell’atmosfera terrestre ed è il 95% di anidride carbonica.
MOXIE aspira quell’aria con una pompa, quindi utilizza un processo elettrochimico per separare due atomi di ossigeno da ciascuna molecola di anidride carbonica o CO 2 . Mentre i gas fluiscono attraverso il sistema, vengono analizzati per verificare quanto ossigeno è stato prodotto, quanto è puro e quanto è efficiente il funzionamento del sistema. Tutti i gas vengono nuovamente scaricati nell’atmosfera dopo l’esecuzione di ogni esperimento.
Alimentare questa conversione elettrochimica richiede molto calore – circa 1.470 gradi Fahrenheit (800 gradi Celsius). A causa di queste alte temperature, MOXIE, che è un po ‘più grande di un tostapane, presenta una varietà di materiali resistenti al calore. Le parti speciali in lega di nichel stampate in 3D aiutano a distribuire il calore all’interno dello strumento, mentre l’isolamento superleggero chiamato aerogel riduce al minimo la potenza necessaria per mantenerlo alle temperature di esercizio.
L’esterno di MOXIE è rivestito da un sottile strato d’oro, che è un eccellente riflettore del calore a infrarossi e impedisce a quelle temperature bollenti di irradiarsi in altre parti di Perseverance. “MOXIE è progettato per produrre da 6 a 10 grammi di ossigeno all’ora, quanto basta per far respirare un cane di piccola taglia”, ha affermato Asad Aboobaker, ingegnere di sistemi MOXIE presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA nel sud della California.
“Un sistema su vasta scala orientato alla produzione di (propellente per il volo di ritorno) dovrebbe aumentare la produzione di ossigeno di circa 200 volte rispetto a quanto creerà MOXIE.” Un obiettivo chiave per la missione di Perseverance su Marte è l’astrobiologia, inclusa la ricerca di segni di antica vita microbica. Il rover caratterizzerà la geologia del pianeta e il clima passato, aprirà la strada all’esplorazione umana del Pianeta Rosso e sarà la prima missione a raccogliere e memorizzare roccia marziana e regolite (roccia rotta e polvere).
Le missioni successive, attualmente all’esame della NASA in collaborazione con l’ESA (l’Agenzia spaziale europea), invierebbero veicoli spaziali su Marte per raccogliere questi campioni memorizzati nella cache dalla superficie e riportarli sulla Terra per un’analisi approfondita.
La missione Mars 2020 fa parte di un programma più ampio che include missioni sulla Luna come un modo per prepararsi all’esplorazione umana del Pianeta Rosso. Incaricata del ritorno degli astronauti sulla Luna entro il 2024, la NASA stabilirà una presenza umana sostenuta su e intorno alla Luna entro il 2028 attraverso i piani di esplorazione lunare di Artemis della NASA.
JPL, che è gestito per la NASA da Caltech a Pasadena, in California, ha costruito e gestisce le operazioni del rover Perseverance.