Американские ученые готовятся впервые получить кислород на Марсе

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.