Blick in die Zukunft: Sauerstoff wird ein wesentlicher Bestandteil jeder bemannten Mission zum Mars sein. Es auf dem Roten Planeten zu produzieren, könnte viel effizienter sein, als es von der Erde zu transportieren, und jüngste NASA-Experimente deuten darauf hin, dass die Idee realisierbar ist. Sauerstoff dient hauptsächlich als Brennstoff und nicht als Atmung.

Im Laufe des Jahres 2021 erzeugte eine von der NASA mit ihrem Rover Perseverance 2020 zum Mars geschickte Maschine – genannt Mars Oxygen In Situ Resource Utilization (ISRU) Experiment (MOXIE) – etwa 50 Gramm Sauerstoff, hauptsächlich aus der Atmosphäre, und Kohlendioxid vom Planeten. Ein aktuelles Forschungspapier des MIT erklärt, wie eine Maschine in der Größe einer Brotdose Sauerstoff auf dem Mars produzierte und wie Forscher ihren Betrieb erweitern könnten. Das Experiment ist ein erster Schritt in Richtung einer nachhaltigen bemannten Erforschung des Mars.

Das Gerät in der Größe einer Brotdose absorbiert und komprimiert CO2 aus der Atmosphäre und erhitzt es dann auf 800 °C. Der Prozess elektrolysiert es dann durch eine Festoxidanordnung und dekomprimiert es in Sauerstoff und Kohlenmonoxid. Die Maschine kann auch seine Reinheit und Menge bestätigen. Da die Experimente Teil eines Machbarkeitsnachweises waren, gab das Gerät die resultierenden Gegenstände frei, anstatt sie zu speichern.

Alleine ist es nicht viel, produziert nur 6-8 Gramm pro Stunde. Die hundertfache Skalierung des Prozesses könnte jedoch ein erhebliches Problem bei der bemannten Erforschung des Mars lösen.

Astronauten bräuchten Sauerstoff nicht nur zum Atmen, sondern auch als Treibstoff. Um eine sechsköpfige Besatzung von der Oberfläche des Roten Planeten zu heben, werden etwa 31 Tonnen Sauerstoff (zusammen mit anderen Elementen) benötigt. Um so viel Sauerstoff von der Erde zu bringen, wären aufgrund des Brennstoffbedarfs für das Entweichen aus der Erdatmosphäre etwa 500 Tonnen für jede Mission erforderlich. Die Erzeugung von Sauerstoff auf dem Mars wäre viel billiger, wenn die Technologie dies schnell tun könnte.

Ein vollwertiges MOXIE muss möglicherweise 2-3 kg Sauerstoff pro Stunde produzieren und etwas mehr als zwei Jahre auf dem Mars operieren, bevor ein Astronautenteam eintrifft. Diese Methode könnte jedoch der marsianischen Zutat, nach der die Forscher für die Sauerstoffproduktion wirklich suchen, nur einen Schritt näher kommen: Wasser.

Missionen zum Mars könnten in Gletschern, Permafrost und möglicherweise dem feuchten Boden des Planeten eingeschlossenes Wasser nutzen, um Sauerstoff und Methan als Treibstoff zu erzeugen. Seine Gewinnung würde jedoch komplexe Vorgänge der Gewinnung, des Schmelzens, der Reinigung des Wassers und des Transports des Eises erfordern. Frühe Missionen könnten einen Teil des Treibstoffs auf dem Mars oxidieren, während sie den Rest der Erde verschiffen und die Infrastruktur für den Zugang zum Wasser des Roten Planeten aufbauen.

Die Forscher müssen noch irgendwelche unvorhergesehenen Probleme in Bezug auf die langfristige Skalierbarkeit und Nachhaltigkeit von MOXIE untersuchen.

Der Rover Perseverance produziert erfolgreich Sauerstoff auf dem Mars

Damit Menschen jemals längere Zeit auf dem Mars leben können, wird sich eine effiziente und zuverlässige Sauerstoffproduktion als unerlässlich erweisen. Das vom MIT entwickelte Versuchsgerät, das ein Jahr lang auf dem Roten Planeten getestet wurde, hat sich Tag und Nacht als zuverlässig erwiesen.

DAS MOXIE-GERÄT

Die Größe einer kleinen Metallbox, Moxie (Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment) wurde an gesendet Marsch an Bord des Rovers Ausdauer im Jahr 2020. Nach der Landung im Jezero-Krater im Februar 2021 wurde die Einheit schnell gestresst und produzierte etwa zwei Monate später ihren ersten Sauerstoff (5,4 Gramm).

Moxie saugt zuerst Luft aus der kohlenstoffreichen Atmosphäre des Planeten an, leitet sie dann durch einen Filter, um Verunreinigungen zu entfernen, komprimiert sie und erwärmt sie. An diesem Punkt trennt ein Festoxidelektrolyseur das Kohlendioxid elektrochemisch in Kohlenmonoxid und Sauerstoffionen. Diese Ionen werden dann isoliert und rekombiniert, um molekularen, lungengängigen Sauerstoff zu bilden.

Da dieses kompakte Gerät nur eines von vielen Instrumenten an Bord der Perseverance ist, können MIT-Wissenschaftler es nicht kontinuierlich betreiben. Im Jahr 2021 führten sie insgesamt sieben Experimente durch, um es in verschiedenen Szenarien zu testen, die Tag und Nacht mit variablen atmosphärischen Bedingungen und verschiedenen Jahreszeiten des Mars abdeckten.

Bei jedem dieser Experimente Moxie erzeugt zuverlässig die angestrebte Sauerstoffmenge (sechs Gramm), was ungefähr dem entspricht, was ein bescheidener Baum auf der Erde produziert. Laut dem Team ebnet Moxies Fähigkeit, diesen Prozess zuverlässig und unter unterschiedlichen Bedingungen durchzuführen, den Weg für die Entwicklung größerer Systeme, die in der Lage sind, die Bedürfnisse einer Gruppe von Menschen zu decken.

EIN WICHTIGER SCHRITT

„Dies ist die erste Demonstration der Nutzung von Ressourcen auf der Oberfläche eines anderen Planetenkörpers und deren chemische Umwandlung in etwas Nützliches für eine menschliche Mission“, sagt Jeffrey Hoffman, der diese Experimente überwachte. „Insofern ist es historisch. »

Während diese frühen Ergebnisse vielversprechend sind, warten weitere Herausforderungen auf Moxie. Durch die starken Schwankungen der Marsatmosphäre kann sich die Luftdichte ebenso drastisch ändern wie die Temperatur. Der nächste Schritt wird sein, das System in der Morgen- und Abenddämmerung sowie während des Marsfrühlings zu betreiben, wenn die atmosphärische Dichte und der Kohlendioxidgehalt am höchsten sind.

„Der nächste Test wird in der Jahreszeit stattfinden, in der die Dichte am höchsten ist, und wir wollen so viel Sauerstoff wie möglich produzieren“, sagt Michael Hecht, Hauptforscher von Moxie. „Wir werden seine Fähigkeiten voll ausschöpfen und so lange wie möglich laufen lassen. »

Der Rover Perseverance erkundet die Vergangenheit des Planeten Mars

Fast eineinhalb Jahre nach der Landung auf dem Mars am 18. Februar 2021 im Jezero-Krater hat der Perseverance-Rover der NASA bereits mehr als 12 Kilometer auf der Oberfläche des Roten Planeten zurückgelegt, mehr als 300.000 Bilder aufgenommen und eine Vielzahl von Analysen gestartet . Einige Ergebnisse wurden bereits enthüllt, wie die ersten Marsgeräusche oder die Bestätigung, dass Jezero einst einen See beherbergt hatte, der so groß wie der Genfer See war, aber wir haben mehr erwartet. Insbesondere über die Geologie der Region, die zu einer fernen Zeit, als der Mars noch nicht der trockene und kalte Stern war, der er geworden ist, einem möglichen Auftreten von Leben förderlich gewesen sein soll. Dieses Warten endete am 25. August mit der gleichzeitigen Veröffentlichung von vier Studien zum Marsuntergrund in den Zeitschriften Science und Science Advances.

„Dies ist das erste Paket geologischer Veröffentlichungen“, fasst Sylvestre Maurice zusammen, Astrophysiker am Institute for Research in Astrophysics and Planetology, dessen Team das SuperCam-Instrument für Perseverance bereitgestellt hat, und Co-Autor von zwei dieser Studien. Die Instrumente zusammen geben ihr Urteil ab. Und dieses Urteil ist vor allem überraschend. „Die Lektüre der Ergebnisse hat uns überrascht, fährt der französische Forscher fort: Mars hat Vorstellungskraft, in dem Sinne, dass irdische Paradigmen auf diesem anderen Planeten nicht unbedingt funktionieren. »

In diesem Kratergrund, der einst (vor 3,4 bis 3,7 Milliarden Jahren) von einem See bedeckt war, erwarteten Planetologen Sedimentgestein. Es wurde übersehen: Beharrlichkeit entdeckte magmatische Gesteine, die Olivin enthielten, ein Mineral, das auf der Erde reichlich im Erdmantel vorkommt. Auf unserem Planeten würde man annehmen, dass diese in der Tiefe entstandenen Gesteine ​​unter Ausnutzung der Plattentektonik an die Oberfläche gestiegen sind. Einfach. Langeweile, unterstreicht Sylvestre

März: Der Rover Perseverance entdeckt im Krater von Jezero Eruptivgestein

Wir wussten bereits, dass dieser Krater vor fast 3,6 Milliarden Jahren einen See aus flüssigem Wasser beherbergte. Tatsächlich erwarteten die Wissenschaftler eher, Sedimentgestein zu finden, das von den Flüssen in Form von Schlamm und Sand mitgebracht und am Grund des Kraters abgelagert wurde. Der Perseverance-Rover identifizierte jedoch etwas ganz anderes.

Dafür verwendeten die Forscher das SUPERCAM-Instrument. Dieses Instrument fokussiert einen Laser aus der Ferne auf die Oberfläche von Gesteinen und lässt sie schmelzen. Das dabei freigesetzte Licht sammelt er dann mit einem Teleskop und analysiert alles mit einem Spektrometer. Dieses liefert Informationen zur Gesteinschemie und Mineralogie.

Es stellt sich heraus, dass es sich um magmatische Gesteine ​​handelt, die aus verschiedenen vulkanischen Prozessen stammen, aus Oberflächen- und Tiefenvulkanismus. Das bedeutet nicht, dass es zwei Arten von Vulkanen gab, aber dass es in diesem Krater tatsächlich unterschiedliche magmatische Mechanismen gab. Es wird notwendig sein, bis 2033 auf die Rückkehr der Proben zur Erde zu warten, um vollständigere Analysen durchzuführen.

Alexandra Delbot-Interviews Olivier Beyssac, CNRS-Forscher an der Universität Sorbonne und am Nationalmuseum für Naturgeschichte.

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