MOXIE展示了如何在火星上制造氧气

返程计划是载人火星任务准备工作的重要组成部分。宇航员将需要总质量约为50吨的火箭推进剂，以使他们离开地球表面，其中包括大约31吨的氧气。不太受欢迎的选择是让宇航员自己携带所需的氧气。但科学家们乐观地认为，它可以从富含二氧化碳的火星大气中产生，使用一种名为勇气．

的火星氧气就地资源利用实验是一个18公斤重的单元，安装在火星上的毅力号探测器上。该设备“有烤面包机那么大”，他补充道杰弗里•霍夫曼他是麻省理工学院航空航天工程教授。它的工作是电化学分解二氧化碳从火星大气中收集成氧气和一氧化碳。它还可以测试氧气的纯度。

从2021年2月搭乘毅力号抵达火星到今年年底，MOXIE已经成功进行了几次测试。根据霍夫曼及其同事对该系统的评论，发表在科学的进步在美国，当温度变化超过100ºC时，它已经证明了它在白天和夜晚都能产生氧气的能力。氧气的生成和纯度也满足生产火箭推进剂和呼吸的要求。作者断言，MOXIE的放大版可以为升空和宇航员呼吸提供所需的氧气。

下一个问题:如何为美国宇航局登陆火星的氧气生产工厂提供动力?也许是通过美国宇航局的Kilopower裂变反应堆?

MOXIE是朝着支持人类探索火星的更大更复杂系统迈出的第一步。研究人员估计，与目前的MOXIE速度为每小时6到8克相比，需要每小时产生2到3公斤的氧气，才能为26个月后到达的宇航员产生足够的氧气。Hoffman说道:“所以我们谈论的是一个比MOXIE大上几百倍的系统。

他们计算出，按照这个速度，到达火星需要8个月的时间，然后再花一些时间建立系统。“我们认为你可能有14个月的时间来制造所有的氧气。”此外，他说，产生的氧气必须液化才能用作火箭推进剂，而目前版本的MOXIE还没有做到这一点。

MOXIE目前还面临着几个设计上的限制，前宇航员霍夫曼说:“我们去火星的唯一旅程是在毅力号火星车里。”这限制了操作该装置的可用功率，它们可以产生的热量，体积和质量。

霍夫曼说:“MOXIE的工作效率远不如专门设计的独立系统。大多数时候，它是关闭的。“每次我们想要制造氧气时，我们都必须将其加热到800摄氏度，所以大部分能量都用于加热和运行压缩机，而在一个设计良好的独立系统中，大部分能量都用于实际的电解，实际产生氧气。”

然而，在扩大规模的过程中仍有许多问题需要解决。首先，任何产氧系统都需要大量的电力。霍夫曼认为核能是最有可能的选择，也许是NASA的选择Kilopower裂变反应堆．他说，安装和布线肯定会很有挑战性。他说:“你将不得不向所有这些核反应堆发射，当然，它们不会和(其他)反应堆完全在同一个地方。”“所以，你必须用机器人连接电缆，为氧气生产装置提供电力。”

然后是固体氧化物电解装置，霍夫曼指出这是精心加工的系统。幸运的是，生产它们的公司，OxEon该公司已经设计、建造并测试了一个全尺寸的单元，比MOXIE上的单元大100倍。霍夫曼说:“需要几个这样的单位来生产我们所需的氧气量。”

他还补充说，目前MOXIE还没有内置冗余。如果任何一个部分出现故障，整个系统就会死亡。“如果你指望一个系统为火箭推进剂和呼吸生产氧气，你需要非常高的可靠性，这意味着你将需要相当多的冗余单元。”

霍夫曼说，此外，这个系统必须具有相当大的自主性。“它必须能够自我监控，自我运行。”出于测试目的，每次MOXIE启动时，都有足够的时间进行计划。然而，一个全面的MOXIE系统必须持续运行，为此，它必须能够自动调整以适应火星大气的变化，火星大气在一年内可能会变化两倍，以及夜间和白天的温差。