Эксперимент MOXIE - это аппарат величиной с автомобильный аккумулятор для получения кислорода из атмосферы Огненной планеты. Эксперимент будет работать на марсоходе Perseverance, который, как планируется, стартует с Земли 30 июля и, если все сложится удачно, в феврале прибудет на Марс.
Зачем на Марсе кислород?
США серьезно увлечены идеей освоения Марса. Даже лунная программа, за которую взялась администрация Дональда Трампа, считается лишь этапом на пути освоения Огненной планеты. В США заявляют, что намерены в 2030-х осуществить мечту по отправке человека на Марс, и хотя специалисты сомневаются в реалистичности такой цели, многие считают, что лучше иметь ее и стремиться к ней, нежели не мечтать вовсе.
Сейчас, помимо ряда спутников, на Марсе работает американский ровер Curiosity, в следующем году компанию ему составит Perseverance. Он должен совершить посадку в районе кратера Езеро (Jezero), где ему предстоит вести наблюдения за окружающей средой планеты, делать заборы его грунта и даже запустить в его атмосферу вертолет Ingenuity, который первым должен совершить полет на Марсе.
Один из научных инструментов ровера – MOXIE (Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment) предназначен для выработки кислорода из диоксида углерода, из которого состоит атмосфера Марса. В НАСА рассчитывают, что именно этот эксперимент будет полезен для будущих пилотируемых миссий на Марс.
"Одна из целей ровера Perseverance – поиск ископаемых свидетельств прошлой жизни на Марсе, там будут эксперименты по изучению геологии Марса, вертолет. Эксперименты в конечном итоге предназначены для того, чтобы проложить путь к исследованию Марса человеком", - пояснил цель миссии MOXIE один из ее создателей.
"Когда люди полетят на Марс, в отличие от марсохода, который просто останется там… по завершении своей работы они захотят вернуться. А это означает, что им нужна будет ракета, чтобы вернуться на находящийся на орбите корабль и затем возвратиться на Землю", - добавил собеседник агентства.
По оценкам специалистов, чтобы возвращение людей с Марса стало реальностью и тяжелая ракета смогла преодолеть гравитацию планеты, понадобится не менее 30 тонн чистейшего жидкого кислорода.
"Большинство людей, когда слышат, что мы собираемся производить кислород на Марсе, думают о том, что это для того, чтобы людям было чем дышать. Но в действительности нам с вами нужно около 1 килограмма кислорода в день, поэтому, даже если вы остаетесь на Марсе надолго, вам понадобится всего несколько сотен килограммов чистого кислорода, но это мизерное количество в сравнении с 30 тоннами, которые понадобятся для ракеты", - рассказывает ученый.
Привезти с собой необходимый объем баллонов кислорода для дыхания человека не составит большого труда, а вот доставить на поверхность Марса несколько десятков тонн ракетного топлива будет проблематично, предупреждает профессор Хоффман.
"Производство кислорода на Марсе, в отличие от доставки на него 30 тонн кислорода, позволит сэкономить миллиарды долларов. Полет на Марс и так, без всякого сомнения, будет дорогим, и все, что мы можем сделать, чтобы сократить стоимость и сделать это более доступным, очень важно", - подчеркивает собеседник агентства.
Как дерево, но по-другому
Инструмент MOXIE массой около 17 килограммов, расположен в правой передней части ровера. Создатели инструмента проводят аналогию между своим экспериментом и деревом, которое вдыхает диоксид углерода и выдыхает кислород, только MOXIE делает это не в результате фотосинтеза, а с помощью физического воздействия током на атмосферу Марса. С помощью электротока он будет разделять атомы диоксида углерода, из которых на 96% состоит атмосфера Марса, и выделять из нее кислород.
Создатели MOXIE подчеркивают, что их эксперимент вовсе не новаторский. "Эта идея не нова, люди говорят о том, чтобы сделать это десятилетиями, и многократно испытывали в земных лабораториях, имитируя условия на Марсе, но все равно Марс может готовить сюрпризы, которые мы не предполагаем сейчас", - говорит Хоффман.
Он подчеркивает необходимость "демонстрации работы технологии в реальной среде". "Мы никогда не производили кислород где-либо на другой планете, и MOXIE будет первой попыткой", - подчеркнул значение предстоящего эксперимента ученый.
По его словам, "малыш" MOXIE может производить лишь около 10 грамм кислорода в час, но главное сегодня – продемонстрировать, что технология работает и на Марсе.
Говоря об объеме чистого кислорода, который рассчитывают получить благодаря MOXIE ученые, Хоффман отмечает, что его будет "немного".
"Мы произведем до 10 граммов кислорода в час. Это не очень много, но если бы у вас была маленькая собачка на Марсе, этого достаточно, чтобы она жила, но недостаточно для человека", - говорит ученый.
Поскольку кислородом на Марсе пока никто не дышит, после оценки качества полученного газа его вновь выпустят в атмосферу планеты.
Масштабы и корректировки
Эксперимент MOXIE требует большого количества электроэнергии. "Иногда они (руководители миссии - ред.) будут объявлять, что один марсианский день будет полностью посвящен MOXIE и ровер в этот день не будет двигаться, а все другие эксперименты будут "спать", - замечает Хоффман.
По условиям НАСА, эксперимент должен произвести кислород по меньшей мере 10 раз, его создатели надеются удвоить этот показатель.
Расчетный срок работы аппарата – один марсианский год, это два земных года. Но его создатели надеются, что, как это часто бывает с космическими аппаратами, прослужит он гораздо дольше, чем заявлено в его документах.
"Мы делали эксперименты в лаборатории реактивного движения (НАСА) на Земле, и даже после 60 включений MOXIE все еще работал… Мы надеемся, что сможем произвести кислород как минимум 20 раз, и если после 20-го раза он все еще будет работать, мы бы хотели продолжить эксперимент, чтобы посмотреть, что произойдет", - говорит ученый.
Он признает, что реальные марсианские условия могут преподнести исследователям немало сюрпризов. "Мы не знаем, не произойдет ли на Марсе что-то, что помешает продолжительности работы MOXIE", - пояснил Хоффман.
Маленький эксперимент MOXIE пока является лишь демонстрацией технологии, но исследователи надеются, что в будущем удастся создать его "большую" версию.
"MOXIE производит лишь одну двухсотую объема кислорода, которая необходима для пилотируемой миссии на Марс, но это не означает, что можно просто увеличить MOXIE в 200 раз, это будет просто неэффективно", - говорит ученый.
По его словам, перед специалистами стоит задача решения таких марсианских проблем, как непостоянное давление атмосферы, пыль и многие другие вопросы, которые не столь существенны для маленького инструмента MOXIE, работающего лишь периодически, но должны быть учтены при создании устройства для получения кислорода в требуемых объемах.
"Что касается MOXIE, то каждый раз, когда мы будем ее включать, у нас будут приблизительные данные о плотности атмосферы, и в зависимости от этих данных мы должны будем регулировать его работу, поскольку от плотности атмосферы зависит, сколько вы сможете получить кислорода", - поясняет специалист.
Он уточнил, что руководители эксперимента будут каждый раз вносить коррективы его работу в соответствии с реальными условиями на Марсе.
"Мы можем делать это, поскольку будем работать, может, только один раз в месяц… но если вы будете иметь дело с автоматизированной системой, она должна будет следить за ситуацией в атмосфере и в соответствии с ней корректировать объем кислорода, который она будет производить", - отмечает ученый, говоря о перспективах увеличения масштаба производства кислорода на Марсе.
"Предстоит проделать много работы, MOXIE – это первый маленький шаг, это просто демонстрация того, что процесс в принципе работает, но впереди еще долгий путь до того, как мы сможем отправить людей на Марс и получить кислород для их ракеты... Мы всегда мечтали полетать на Марс сами. Сейчас я понимаю, что не смогу оказаться там, но мне повезло быть частью эксперимента, который в конечном итоге будет полезен для будущих астронавтов, которые полетят на Марс", - добавил Хоффман, который 20 лет работал астронавтом НАСА и пять раз побывал в космосе.
Создание MOXIE обошлось НАСА в 50 миллионов долларов, это самый маленький эксперимент на новейшем ровере, общая стоимость которого составила около 2,4 миллиарда долларов. Примечательно, что финансирование создания и эксплуатации MOXIE разделили между собой сразу три отдела НАСА: управление пилотируемых миссий, управление технологий и отдел науки.
"Это новшество для НАСА - они никогда не делали проект, который является такой крупной комбинацией различных отделов и действительно находится на стыке научной и пилотируемой программ", - подчеркивает ученый.