في فبراير 2021، عندما هبطت مركبة ناسا الجوالة Perseverance التي بحجم سيارة على سطح المريخ وسط ضجة عالمية، هبط أيضًا صندوق ذهبي متواضع يسمى MOXIE.
مربوطة في كشف الحياة مثابرة، كانت هذه الكتلة بحجم محمصة الخبز جاهزة لبدء ثورة في لعبة استكشاف الفضاء من خلال إنتاج الأكسجين على الكوكب الأحمر.
موكسي، والتي تعني “تجربة استخدام موارد أكسجين المريخ في الموقع”، سرعان ما بدأت ترقى إلى مستوى اسمها، وتولد الأكسجين بمعدل مثير للإعجاب. لقد فعلت ذلك طوال الطريق حتى 7 أغسطس الماضي، عندما أنتج المكعب الصغير القوي 9.8 جرامًا (0.35 أونصة) من الأكسجين في الجولة السادسة عشرة والأخيرة.
أعلنت وكالة ناسا يوم الأربعاء (6 سبتمبر) أن مهمة موكسي اكتملت الآن. أنتج الجهاز إجمالي 122 جرامًا (4.3 أونصة) من الأكسجين المريخي، وهي تقريبًا الكمية التي يتنفسها كلب صغير خلال 10 ساعات، وهي ضعف الكمية التي يعتقد العلماء أن MOXIE يمكن أن ينتجها خلال فترة عمله.
في أكثر حالاته كفاءة، أنتجت MOXIE 12 جرامًا (0.4 أونصة) من العنصر الذي يحافظ على الحياة كل ساعة. وكان الأكسجين الذي أنتجته نقيًا بنسبة 98% على الأقل، وهي أرقام تبشر بالخير للجهود المستقبلية المكثفة التي يمكن أن تدعم الاستكشاف البشري للكوكب الأحمر.
وكتب مسؤولو ناسا: “عندما يهبط رواد الفضاء الأوائل على المريخ، قد يكون لديهم أحفاد جهاز بحجم فرن الميكروويف، وذلك بفضل الهواء الذي يتنفسونه والوقود الصاروخي الذي يعيدهم إلى الوطن”. بالوضع الحالي يوم الاربعاء.
متعلق ب: تحلق طائرة الهليكوبتر Ingenuity التابعة لناسا لأكثر من 100 دقيقة من إجمالي زمن رحلة المريخ
لماذا لا نأخذ الأكسجين من الأرض فقط؟
هناك ميزتان رئيسيتان لإنتاج الأكسجين المريخ. أولاً، بالطبع، من المهم لرواد الفضاء المستقبليين المتجهين إلى العالم المهجور أن يحصلوا على أكبر قدر ممكن من إمدادات الأكسجين أثناء إقامتهم.
“من خلال إثبات هذه التكنولوجيا في ظروف العالم الحقيقي، اقتربنا خطوة واحدة من المستقبل الذي يعيش فيه رواد الفضاء خارج الأرض على الكوكب الأحمر،” ترست كورتيس، مدير عروض التكنولوجيا في مديرية مهمة تكنولوجيا الفضاء التابعة لناسا، قال في البيان.
لكن ثانيًا، وربما الأهم، يعد الأكسجين مكونًا أساسيًا في وقود الصواريخ.
عندما ترسل وكالات الفضاء في نهاية المطاف رواد فضاء إلى المريخ، فلن تكون هذه الرحلة (كما نأمل) رحلة في اتجاه واحد. سيتعين على مخططي المهمة إرسال ما يكفي من وقود الصواريخ إلى الكوكب حتى يتمكن الطاقم من العودة إليه أرض عندما ينتهوا من مهامهم. وستكون هذه الكمية من وقود الصواريخ لرحلة العودة ضخمة جدًا. لحرق وقودها، كما يفعل مختبر الدفع النفاث التابع لناسا يشرح، يجب أن يحتوي الصاروخ على كمية أكبر من الأكسجين (الذي يعمل كمؤكسد) حسب الوزن.
على سبيل المثال، سيتطلب إخراج أربعة رواد فضاء من سطح المريخ حوالي 15000 رطل (7 أطنان مترية) من وقود الصواريخ و55000 رطل (25 طنًا متريًا) من الأكسجين. حسنًا، هذا يعني 55000 رطل من الأكسجين الذي يجب على الطاقم نقله إلى المريخ بالإضافة إلى أي أكسجين مطلوب لإخراج الصاروخ من الأرض و إمدادات الأكسجين اللازمة لرواد الفضاء للتنفس. ناهيك عن جميع الحمولات الأخرى التي من المحتمل أن يحملها الفريق على متن الطائرة.
لذا، تساءل العلماء، لماذا لا نزيل بعضًا من هذا الوزن عن طريق جعل جزء الأكسجين من وقود الصواريخ موجودًا على الكوكب الأحمر مباشرةً؟
سيكون ذلك أفضل للبيئة، وأكثر فعالية من حيث التكلفة، وسيجعل حلم البشرية بمجتمع مريخي في نهاية المطاف أكثر قابلية للتنفيذ.
“يعتمد الوقود الدافع للصواريخ على الأكسجين، وسيعتمد المستكشفون المستقبليون على إنتاج الوقود الدافع على المريخ للقيام بالرحلة إلى الوطن،” قال جيم رويتر، المدير المساعد في مديرية مهمة تكنولوجيا الفضاء التابعة لناسا، قال في بيان بعد استخراج الأكسجين الأول من MOXIE، في أبريل 2021.
في الواقع، يمكن لرواد الفضاء القمريين في المستقبل الاستفادة من MOXIE أيضًا، إذا تمكن الجهاز من ترجمة قدراته للعمل على سطح القمر – وهو حلم أقرب بكثير، حيث أننا نعرف هذا العالم عن كثب مقارنةً بالمريخ. المركبة الهندية تشاندرايان-3 (الآن في وضع السكون) هبطت فعلا في القطب الجنوبي القمري في الشهر الماضي فقط من أجل البدء في استكشاف كيفية استخراج المياه من القمر. ناسا أرتميس وتعتزم البعثات أيضًا العمل على هذا العمل الفذ، لأن الماء، مثل الأكسجين، أساسي أيضًا في تطوير وقود الصواريخ. (يمكن تقسيمه إلى الهيدروجين والأكسجين المكونين له).
يبدو أن تقليل الحمولات إلى أدنى حد هو مشروع بالغ الأهمية لوكالات الفضاء التي تتطلع إلى مستقبل لا يقتصر فيه البشر على أنماط الحياة على الأرض.
وقال بام ميلروي، نائب مدير ناسا: “إن تطوير التقنيات التي تتيح لنا استخدام الموارد على القمر والمريخ أمر بالغ الأهمية لبناء وجود قمري طويل الأمد، وإنشاء اقتصاد قمري قوي، والسماح لنا بدعم حملة استكشاف بشرية أولية إلى المريخ”. في بيان الأربعاء.
كيف يعمل موكسي؟
باختصار، يتمتع MOXIE بالقدرة على أخذ جزيئات ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي الرقيق للمريخ، والتي تتكون من ذرة كربون واحدة وذرتي أكسجين، واستخراج أجزاء الأكسجين تلك. هذا هو الأساس.
لكن الجزء الصعب هو أن هذه العملية تتطلب درجة حرارة تبلغ حوالي 1470 درجة فهرنهايت (800 درجة مئوية). يجب أن يتم ذلك في مجموعة متنوعة من الظروف التي تحدث على كوكب المريخ مع تقدم الكوكب خلال عامه. تم فرز أول هذه العقبات من خلال تصنيع MOXIE من مواد تتحمل الحرارة، بما في ذلك أجزاء من سبائك النيكل وهواء هوائي خفيف الوزن وطلاء ذهبي يمكن أن يعكس حرارة الأشعة تحت الحمراء وبالتالي يحافظ على سلامة المثابرة من موقف MOXIE الحارق.
من المعروف أن الطلاءات الذهبية رائعة لهذا السبب – تلسكوب جيمس ويب الفضائيعلى سبيل المثال، تحتوي مرايا الصورة على مثل هذه الطبقة، لأن المرصد مصمم لالتقاط أطوال موجية محددة للأشعة تحت الحمراء من الفضاء السحيق. يساعد الجزء الذهبي على عكس ضوء الأشعة تحت الحمراء على مستشعرات تحليل الأشعة تحت الحمراء الخاصة بالمنظار.
العودة إلى MOXIE: باختصار، حققت المهمة نجاحًا باهرًا. لدرجة أن الفريق يقول إن الخطوة التالية ليست بناء MOXIE 2.0، بل نظام واسع النطاق يتضمن صندوق MOXIE جنبًا إلى جنب مع طريقة لتخزين وتسييل كل الأكسجين الناتج.
وقال الباحث الرئيسي للأداة، مايكل هيشت من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، في البيان: “علينا أن نتخذ قرارات بشأن الأشياء التي يجب التحقق من صحتها على المريخ”.
“أعتقد أن هناك العديد من التقنيات في تلك القائمة، وأنا سعيد للغاية لأن MOXIE كان الأول.”