La crescente lista di “primati” per Perseverance, il nuovo robot a sei ruote della NASA che opera sulla superficie marziana, include la conversione in ossigeno di parte della sottile atmosfera ricca di anidride carbonica del Pianeta Rosso.
Uno strumento sperimentale delle dimensioni di un tostapane montatto a bordo di Perseverance chiamato Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment (MOXIE) ha portato a termine il compito. Il test ha avuto luogo il 20 aprile, il 60° giorno marziano, o sol, da quando la missione è atterrata su Marte lo scorso 18 febbraio.
Mentre la dimostrazione tecnologica è appena iniziata, la fantascienza sembra ora diventare un fatto scientifico, isolando e immagazzinando ossigeno su Marte, cosa che permetterà agli astronauti di respirare e di fabbricare propellente per razzi che potrebbero sollevare gli astronauti dalla superficie del pianeta.
Tali dispositivi potrebbero anche un giorno fornire aria respirabile agli stessi astronauti. MOXIE è un’indagine sulla tecnologia di esplorazione, così come la stazione meteorologica Mars Environmental Dynamics Analyzer (MEDA), ed è sponsorizzata dalla Space Technology Mission Directorate (STMD) della NASA e dalla Human Exploration and Operations Mission Directorate.
“Questo è un primo passo fondamentale per convertire l’anidride carbonica in ossigeno su Marte“, ha affermato Jim Reuter, amministratore associato di STMD. “MOXIE ha ancora molto lavoro da fare, ma i risultati di questa dimostrazione tecnologica sono pieni di promesse mentre ci muoviamo verso il nostro obiettivo di vedere un giorno gli esseri umani su Marte. L’ossigeno non è solo ciò che respiriamo. Il propellente per missili dipende dall’ossigeno e i futuri esploratori dipenderanno dalla produzione di propellente su Marte per il viaggio di ritorno“.
Per i razzi o gli astronauti, l’ossigeno è fondamentale, ha affermato il principale ricercatore di MOXIE, Michael Hecht dell’Haystack Observatory del Massachusetts Institute of Technology.
Dopo un periodo di riscaldamento di 2 ore MOXIE ha iniziato a produrre ossigeno a una velocità di 6 grammi all’ora. La produzione è stata ridotta due volte durante il test al fine di valutare lo stato dello strumento. Dopo un’ora di funzionamento l’ossigeno totale prodotto era di circa 5,4 grammi, sufficiente a mantenere in salute un astronauta per circa 10 minuti di normale attività.
Per bruciare il suo carburante, un razzo deve avere più ossigeno in peso. Portare quattro astronauti fuori dalla superficie marziana in una futura missione richiederebbe circa 15.000 libbre (7 tonnellate metriche) di carburante per missili e 55.000 libbre (25 tonnellate metriche) di ossigeno.
Al contrario, agli astronauti che vivranno e lavoreranno su Marte ne servirà molto meno per respirare. “Gli astronauti che trascorreranno un anno in superficie useranno forse una tonnellata metrica tra tutti“, ha detto Hecht.
Trasportare 25 tonnellate di ossigeno dalla Terra a Marte sarebbe un compito arduo. Trasportare un convertitore di ossigeno da una tonnellata – un discendente più grande e più potente di MOXIE in grado di produrre quelle 25 tonnellate – sarebbe molto più economico e pratico.
L’atmosfera di Marte è composta per il 96% da anidride carbonica. MOXIE funziona separando gli atomi di ossigeno dalle molecole di anidride carbonica, che sono costituite da un atomo di carbonio e due atomi di ossigeno. Un prodotto di scarto, il monossido di carbonio, viene emesso nell’atmosfera marziana.
Il processo di conversione richiede alti livelli di calore per raggiungere una temperatura di circa 800 Celsius. Per far fronte a ciò, l’unità MOXIE è realizzata con materiali resistenti al calore. Questi includono parti in lega di nichel stampate in 3D, che riscaldano e raffreddano i gas che fluiscono attraverso di essa, e un aerogel leggero che aiuta a trattenere il calore.
Un sottile rivestimento dorato all’esterno di MOXIE riflette il calore a infrarossi, impedendogli di irradiarsi verso l’esterno e potenzialmente danneggiare altre parti di Perseverance.
In questa prima operazione, la produzione di ossigeno di MOXIE è stata piuttosto modesta: circa 5 grammi, equivalenti a circa 10 minuti di ossigeno respirabile per un astronauta. MOXIE è progettato per generare fino a 10 grammi di ossigeno all’ora.
Questa dimostrazione tecnologica è stata progettata per testare le condizioni dello strumento dopo il lancio ed il lungo viaggio nello spazio fino su Marte, un viaggio di quasi sette mesi nello spazio profondo e all’atterraggio con Perseverance il 18 febbraio. Si prevede che MOXIE estrarrà ossigeno almeno altre nove volte nel corso di un Anno marziano (quasi due anni sulla Terra).
Questi cicli di produzione di ossigeno avverranno in tre fasi. La prima fase verificherà e caratterizzerà il funzionamento dello strumento, mentre la seconda fase eseguirà lo strumento in condizioni atmosferiche variabili, come diverse ore del giorno e stagioni. Nella terza fase, ha detto Hecht, “supereremo i limiti”, provando nuove modalità operative o introducendo “diversi test in cui confrontiamo le operazioni a tre o più temperature diverse“.
“MOXIE non è solo il primo strumento a produrre ossigeno su un altro mondo“, ha affermato Trudy Kortes, direttore delle dimostrazioni tecnologiche all’interno di STMD. È la prima tecnologia del suo genere che aiuterà le future missioni a “vivere lontano dalla Terra”, utilizzando elementi dell’ambiente di un altro mondo, noto anche come utilizzo delle risorse in situ.
“Questo processo ci consente di convertire materiali locali in cose utilizzabili: propellente, aria respirabile o, in combinazione con l’idrogeno, acqua“.
Perseverance
Un obiettivo chiave della 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 conservare roccia marziana e regolite (roccia rotta e polvere).
In futuro, la NASA, in collaborazione con l’ESA (Agenzia spaziale europea), invierà un veicolo spaziale su Marte per raccogliere questi campioni sigillati dalla superficie e riportarli sulla Terra per un’analisi approfondita.
La missione Mars 2020 Perseverance fa parte dell’approccio esplorativo della NASA Moon to Mars, che include le missioni Artemis sulla Luna che aiuteranno a prepararsi per l’esplorazione umana del Pianeta Rosso.
