موکسی

آزمایش استفاده از منابع در محل اکسیژن مریخ ، یا Moxie ، به ناسا کمک می کند تا برای اکتشاف انسان در مریخ آماده شود. Moxie راهی را برای کاوشگران آینده برای تولید اکسیژن از جو مریخ برای سوزاندن سوخت و تنفس آزمایش می کند.

مشخصات فنی

"برای حمایت از یک مأموریت انسانی در مریخ ، ما باید چیزهای زیادی را از روی زمین ، مانند رایانه ها ، فضای فضایی و زیستگاه ها به ارمغان بیاوریم. اما اکسیژن؟ اگر می توانید آن را در آنجا بسازید ، به دنبال آن بروید - شما از بازی جلوتر هستید.

- جف هافمن ، مأمور اصلی معاون موکسی

5 چیز برای دانستن

اکسیژن در مریخ نادر است که کمتر از 1 ٪ هوا در مریخ وجود دارد زیرا روی زمین وجود دارد و دی اکسید کربن حدود 96 ٪ از آن را در مریخ تشکیل می دهد. اکسیژن تنها 0. 13 ٪ است ، در مقایسه با 21 ٪ در جو زمین. اگر در مریخ اکسیژن می خواهیم ، یا باید آن را همراهی کنیم ، یا خودمان آن را بسازیم.

سوخت برای سوزاندن روی زمین به اکسیژن نیاز دارد ، ما همیشه از واکنش بین اکسیژن و هر سوختی که استفاده می کنیم انرژی می گیریم - خواه این یک ورود به سیستم در یک آتش سوزی یا بنزین در مخزن ماشین باشد. وزن اکسیژن چندین برابر بیشتر از سوخت سوخته است که در سیاره ما مسئله ای نیست. با این حال ، هنگامی که ما باید آن را با خود به مکانهای دیگر فضا بیاوریم ، باید درباره آن وزن و سایر عوامل فکر زیادی کنیم.

Moxie باعث می شود اکسیژن از هوای نازک خارج شود ، سوخت برای سوختن به اکسیژن نیاز دارد - برای مثال ، بر روی زمین ، اکسیژن دائماً توسط حیوانات یا آتش سوزی ها یا سایر واکنشهای شیمیایی به دی اکسید کربن تبدیل می شود. گیاهان و درختان از آب و نور خورشید برای تبدیل دی اکسید کربن به اکسیژن استفاده می کنند و هوا را دوباره پر می کنند. در مریخ ، Moxie همچنین اکسیژن را از دی اکسید کربن ، تقریباً به اندازه یک درخت با اندازه متوسط ، هرچند که از یک فرآیند بسیار متفاوت استفاده می کند ، اکسیژن می کند.

Moxie یک الگوی مقیاس برای آینده بزرگ Moxie است که از مریخ راه اندازی می شود ، خدمه کوچکی از کاشفان انسانی به 25 تا 30 تن اکسیژن یا وزن یک تراکتور تریلر نیاز دارند! برای اینکه اکسیژن زیادی به نیروگاه 25،000 تا 30،000 وات نیاز داشته باشد. سیستم قدرت پشتکار فقط حدود 100 وات را فراهم می کند ، بنابراین Moxie فقط می تواند بخش کوچکی از اکسیژن را ایجاد کند که آینده "Moxie Big" نیاز به آن داشته باشد.

Moxie یک "نسخه آزمایشی فنی" است که ناسا از تظاهرات فنی یا نسخه های نمایشی فناوری استفاده می کند ، هنگامی که فقط آزمایش یک فناوری مهم در آزمایشگاه کافی نیست و باید در یک مأموریت واقعی اثبات شود.

Moxie کجا واقع شده است؟

مایکل هکت

محقق اصلی

انستیتوی فناوری ماساچوست ، کمبریج ، ماساچوست

آیا می دانید؟

Moxie از دستگاهی به نام "الکترولیزر" برای ساخت اکسیژن از دی اکسید کربن موجود در هوا استفاده می کند. یک الکترولیزر یک پسر عموی نزدیک به یک سلول سوخت است ، که وسیله ای است که ما از آن استفاده می کنیم تا مستقیماً از سوخت و اکسیژن برق تهیه کنیم. شما می توانید از Moxie به عنوان یک سلول سوخت که در حال اجرا است فکر کنید.

برای دانشمندان

ناسا در حال آماده سازی برای اکتشافات انسانی در مریخ است و تحقیقات Moxie در مورد ماموریت مریخ 2020 با هدف رسیدگی به شکافهای کلیدی دانش است. بیشتر بخوانید ›

داستان پشت نام

Moxie مخفف M ars ox ygen i sru e xperiment است. ISRU مخفف دیگری است ، در استفاده از منابع درجا ، که یک روش فنی برای توصیف آنچه اکثر ما "زندگی در زمین" می نامیم. کلمه "Moxie" که برای توصیف شخصی با لکه دار و جسارت استفاده می شد ، از نوشابه به همین نام ناشی می شد. نوشابه ، Moxie ، در اواخر دهه 1800 در لاول ، ماساچوست ، نه چندان دور از M. I. T اختراع شد. رصدخانه Haystack که در آن محقق اصلی Moxie کار می کند. شما هنوز هم می توانید Moxie را در نیو انگلستان خریداری کنید و این نوشیدنی رسمی ایالت ماین محسوب می شود. ارتباط با نوشابه ها به همین جا ختم نمی شود. طبق برخی از حساب ها ، شرکت Moxie برای اولین بار در ایالات متحده بود که از دی اکسید کربن استفاده کرد (CO)₂) برای ایجاد نوشیدنی. در مریخ ، Moxie اولین کسی است که از دی اکسید کربن برای ساخت استفاده می کند - خوب ، به هیچ وجه. ارتباط دیگر فنی تر است. هر زمان که Moxie را اجرا کنیم ، باید با تنظیمات بسیار مراقب باشیم تا اطمینان حاصل کنیم که فقط مونوکسید کربن (CO) تولید می کنیم ، و نه کربن خالص ، که آن را خراب می کند. این روند مخرب "کک" نامیده می شود. خود سپرده کربن نامیده می شود - کک.

همه چیز در مورد Moxie

• موکسی چه کاری انجام می دهد؟

در مقایسه با آنچه ما در زمین عادت کرده ایم ، هوای مریخ بسیار نازک است. در حقیقت ، کمتر از 1 ٪ هوا در سطح مریخ مانند زمین وجود دارد ، و بازدید از مریخ مانند پرواز در یک بادکنک 100،00 پا در هوا است. و نه تنها هوا نازک است ، بلکه تقریباً کاملاً از دی اکسید کربن ساخته شده است (CO)₂). روی زمین ، ما می توانیم از اشکال بی شمار زندگی بخاطر اکسیژن موجود در جو خود که بدن ما با هر نفس که می گیریم جذب می کند ، تشکر کنیم. در اطراف ما ، درختان و گیاهان مشغول شستشو هستند₂از جو ما خارج شده و آن را به اکسیژن مفید تبدیل می کند ، در عین حال آب را نیز می گیرید و آن را به مواد شیمیایی مورد نیاز گیاهان تبدیل می کنید. مریخ خیلی خوش شانس نیست ، بنابراین اگر ما در مریخ اکسیژن بخواهیم ، باید خودمان آن را بسازیم. این همان کاری است که موکسی انجام می دهد.

"من" در Moxie مخفف Isru یا استفاده از منابع درجا است."درجا" به چیزهایی که در آنجا وجود دارد - در این مورد در مریخ اشاره دارد. استفاده از منابع به معنای استفاده از آن چیزها برای برخی از اهداف تولیدی است ، معمولاً برای ساختن چیزی که در غیر این صورت باید با خود همراه شویم. به عبارت دیگر ، زندگی در خارج از زمین (LOL). شاید LOL مخفف بهتر از ISRU باشد ، اما این قبلاً گرفته شده است! یک نمونه از ISRU ممکن است آجری از خاک مریخ و استفاده از آجرها برای ساختمانها باشد. مثال دیگر ساخت اکسیژن از هوای نازک مریخ است.

Moxie نمونه ای از "سلول الکترولیزر اکسید جامد" است ، که یک سلول سوختی است که به صورت معکوس اجرا می شود. در یک سلول سوخت ، سوخت و اکسیژن برای ایجاد انرژی (برق) و یک محصول شیمیایی پایدار واکنش نشان می دهد. متداول ترین نمونه سلول سوخت هیدروژن است که در برخی از خودروها استفاده می شود ، که هیدروژن و اکسیژن را برای تهیه آب و برق ترکیب می کند. در مقابل ، یک سلول هیدروژن از این نوع با آب شروع می شود و از برق استفاده می کند تا آن را به هیدروژن و اکسیژن برگرداند. این دو دستگاه ، سلول سوخت و الکترولیزر ، تقریباً دستگاه های یکسان هستند که به روشی بسیار متفاوت کار می کنند. اگر دسترسی آسان به آب داشتیم ، استفاده از آب برای تهیه اکسیژن در مریخ ایده خوبی خواهد بود. اما برای تهیه آب ، ما باید برای یافتن یخ به شمال دور یا جنوب سفر کنیم ، یا برای یخ برای یخ دفن شده در اعماق زمین. خوشبختانه ، اگرچه ، منبع دیگری از اکسیژن در اطراف ماست ، به شکل دی اکسید کربن که بیشتر هوای مریخ را تشکیل می دهد. بنابراین به جای استفاده از هیدروژن ، Moxie نمونه ای از یک سلول الکترولیزر اکسید جامد است که از دی اکسید کربن برای ساخت گازهای مونوکسید کربن و اکسیژن استفاده می کند.

اولین خدمه انسانی که به مریخ می روند ، برای نفس کشیدن به اکسیژن زیادی نیاز دارند ، به اندازه 2 تا 3 تن. بدن ما از این اکسیژن برای سوزاندن سوخت ما ، که ما آن را "غذا" می نامیم ، استفاده می کند تا انرژی لازم را برای ادامه کار خود در تمام روز انجام دهد. اما این فقط انسانهایی نیست که به اکسیژن احتیاج دارند. تقریباً هر چیزی که از سوخت برای ایجاد انرژی استفاده می کند ، از اکسیژن برای سوزاندن آن سوخت استفاده می کند ، خواه یک ماشین ، آتش سوزی یا موشک باشد. و معلوم می شود که اکسیژن ، که روی زمین ما از هوا آزاد می شویم ، در واقع وزن بیشتری از خود سوخت دارد. وقتی اولین خدمه را به مریخ می فرستیم ، باید در مورد چگونگی آوردن آنها در پایان بازدیدشان فکر کنیم. و بزرگترین کاربر اکسیژن در کل اقامت خود در مریخ ، موشکی خواهد بود که آنها را به مدار باز می گرداند. در حالی که فضانوردان ممکن است در اقامت 18 ماهه خود در کره زمین 2 تا 3 تن اکسیژن تنفس کنند ، موشک صعود از 25 تا 30 تن استفاده می کند.

Moxie به گونه ای طراحی شده است که حداقل 6 گرم اکسیژن در ساعت درست کند. حداکثر آن می تواند 12 گرم در ساعت باشد ، اگرچه CO کافی نیست₂در سایت فرود دهانه جازرو با ارتفاع زیاد ما برای مقایسه بیش از 10 10)چرا اینقدر کم؟برای جدا کردن شرکت قدرت زیادی طول می کشد₂مولکول ها و پشتکار مریخ نورد فقط حدود 100 وات را فراهم می کند. این خیلی بیشتر از رایانه ای نیست که برای خواندن این مطلب استفاده می کنید. اگر بخواهیم در آینده مقادیر مفیدی از اکسیژن ایجاد کنیم ، به یک نیروگاه بسیار بزرگتر احتیاج خواهیم داشت.

"اکسید جامد" در یک سلول الکترولیزر اکسید جامد یک سرامیک است که بیشتر از زیرکونیا ساخته شده است که تا 1،472 درجه فارنهایت (800 درجه سانتیگراد) در داخل یک اجاق گاز مینیاتوری خاص گرم می شود. هنگامی که Moxie اجرا می شود ، ابتدا باید آن سرامیک را تا دمای عملیاتی خود گرم کند. این حدود دو ساعت طول می کشد. باتری های Rover به اندازه کافی بار در دسترس باقی مانده است تا حدود یک ساعت پس از آن اکسیژن تهیه کنند. در طی آن ساعت ، ما گاهی اوقات ولتاژ یا سرعت کمپرسور را تغییر می دهیم تا در مورد ساز اطلاعات بیشتری کسب کنیم. هنگامی که Moxie اجرا می شود ، چیزهای دیگری با پشتکار انجام می شود. قدرت کافی برای رانندگی وجود ندارد ، یا صخره ها یا حتی اجرای سایر سازها را برای مدت طولانی اجرا نمی کند. بنابراین Moxie خیلی اوقات اجرا نمی شود ، شاید یک یا دو ماه یک بار.

کار اصلی Moxie این است که نشان دهیم که می توانیم به این فناوری اعتماد کنیم تا خدمه آینده فضانوردان زنده نگه داشته و آنها را با خیال راحت به خانه برگردانیم. این یک سفارش بلند است. اما بیش از این ، ما امیدواریم که جزئیات فنی زیادی در مورد چگونگی ساخت آن سیستم Moxie آینده بسیار بزرگتر بیاموزیم. برای این منظور ، ما در بسیاری از سنسورها و کنترل های Moxie قرار می دهیم که به ما کمک می کند تا در مورد چگونگی عملکرد Moxie و چگونگی بهتر شدن آن یاد بگیریم.

زمین و مریخ هر 26 ماه یکبار برای یک سفر صف می روند. وقتی یک خدمه فضانورد را به مریخ می فرستیم ، یک ایده این است که همه چیزهایی را که به آنها نیاز دارند ارسال کنیم - مکانی برای زندگی ، روورس ، نیروگاه و شاید "Moxie Big" - در یک فرصت پرتاب ، سپس فضانوردان را ارسال کنیددر فرصت بعدی ، 26 ماه بعد. اگر این کار را انجام دهیم ، قبل از شروع سفر فضانوردان ، پایگاه حدود 20 ماه در جای خود قرار می گیرد. هدف از یک مكسی بزرگ ، ساخت و ذخیره تمام اکسیژن هایی است که فضانورد و موشک آنها قبل از راه اندازی به مأموریت خود نیاز دارند. این بدان معناست که Moxie Big باید در مقایسه با 6-10 گرم که Moxie فعلی می کند ، 2000 تا 3000 گرم اکسیژن در ساعت بسازد. و باید این کار را تمام روز و شب انجام دهد ، بدون توقف ، بیشتر از 20 ماه. ما انتظار داریم که فضانوردان برای مأموریت خود به حداقل 25 کیلووات قدرت نیاز داشته باشند و این که Moxie بزرگ به این امکان دارد که تا زمان رسیدن فضانوردان از آن نیروگاه برای ساخت اکسیژن استفاده کند. ما همچنین انتظار داریم که بزرگ Moxie به اندازه یک فریزر سینه کوچک باشد و وزن آن حدود 1 تن باشد.