Na superfície vermelha e empoeirada de Marte, a quase 160 milhões de quilômetros da Terra, um instrumento do tamanho de uma lancheira está provando que pode fazer o trabalho de uma pequena árvore com segurança.
O Experimento de Utilização de Recursos In-Situ de Oxigênio de Marte, liderado pelo MIT, ou MOXIE, vem produzindo com sucesso oxigênio da atmosfera rica em dióxido de carbono do Planeta Vermelho desde fevereiro de 2021, quando pousou na superfície marciana como parte da missão Perseverance da NASA. .
Em um estudo publicado na revista Science Advances, os pesquisadores relatam que, até o final de 2021, o MOXIE conseguiu produzir oxigênio em sete corridas experimentais, em uma variedade de condições atmosféricas, inclusive durante o dia e a noite, e em diferentes estações marcianas. . Em cada corrida, o instrumento atingiu sua meta de produzir seis gramas de oxigênio por hora – aproximadamente a taxa de uma árvore modesta na Terra.
Os pesquisadores prevêem que uma versão ampliada do MOXIE poderia ser enviada a Marte antes de uma missão humana, para produzir continuamente oxigênio à taxa de várias centenas de árvores. Nessa capacidade, o sistema deve gerar oxigênio suficiente para sustentar os humanos quando eles chegarem e abastecer um foguete para retornar os astronautas à Terra.
Até agora, a produção estável do MOXIE é um primeiro passo promissor em direção a esse objetivo.
“Aprendemos uma tremenda quantidade que informará sistemas futuros em maior escala”, diz Michael Hecht, investigador principal da missão MOXIE no Observatório Haystack do MIT.
A produção de oxigênio da MOXIE em Marte também representa a primeira demonstração de “utilização de recursos in situ”, que é a ideia de colher e usar os materiais de um planeta (neste caso, dióxido de carbono em Marte) para produzir recursos (como oxigênio) que caso contrário, têm de ser transportados da Terra.
“Esta é a primeira demonstração de realmente usar recursos na superfície de outro corpo planetário e transformá-los quimicamente em algo que seria útil para uma missão humana”, diz o vice-investigador principal do MOXIE, Jeffrey Hoffman, professor da prática no Departamento do MIT. de Aeronáutica e Astronáutica. “É histórico nesse sentido.”
Os coautores de Hoffman e Hecht no MIT incluem os membros da equipe MOXIE Jason SooHoo, Andrew Liu, Eric Hinterman, Maya Nasr, Shravan Hariharan e Kyle Horn, juntamente com colaboradores de várias instituições, incluindo o Jet Propulsion Laboratory da NASA, que gerenciou o desenvolvimento do MOXIE, software de voo, embalagem e testes antes do lançamento.
Ar sazonal
A versão atual do MOXIE é pequena por design, para caber a bordo do rover Perseverance, e é construída para funcionar por curtos períodos, iniciando e desligando a cada corrida, dependendo do cronograma de exploração do rover e das responsabilidades da missão. Em contraste, uma fábrica de oxigênio em grande escala incluiria unidades maiores que, idealmente, funcionariam continuamente.
Apesar dos compromissos necessários no projeto atual do MOXIE, o instrumento mostrou que pode converter a atmosfera de Marte em oxigênio puro de forma confiável e eficiente. Ele faz isso primeiro puxando o ar marciano através de um filtro que o limpa de contaminantes. O ar é então pressurizado e enviado através do Solid OXide Electrolyzer (SOXE), um instrumento desenvolvido e construído pela OxEon Energy, que divide eletroquimicamente o ar rico em dióxido de carbono em íons de oxigênio e monóxido de carbono.
Os íons de oxigênio são então isolados e recombinados para formar oxigênio molecular respirável ou O2, que o MOXIE mede em quantidade e pureza antes de liberá-lo inofensivamente de volta ao ar, juntamente com monóxido de carbono e outros gases atmosféricos.
Desde o pouso do rover em fevereiro de 2021, os engenheiros da MOXIE iniciaram o instrumento sete vezes ao longo do ano marciano, cada vez levando algumas horas para aquecer, depois mais uma hora para produzir oxigênio antes de desligar novamente. Cada corrida foi programada para uma hora diferente do dia ou da noite, e em diferentes estações, para ver se o MOXIE poderia acomodar mudanças nas condições atmosféricas do planeta.
“A atmosfera de Marte é muito mais variável do que a da Terra”, observa Hoffman. “A densidade do ar pode variar por um fator de dois ao longo do ano, e a temperatura pode variar em 100 graus. Um objetivo é mostrar que podemos correr em todas as estações.”
Até agora, o MOXIE mostrou que pode produzir oxigênio em quase qualquer hora do dia e do ano marciano.
“A única coisa que não demonstramos é correr ao amanhecer ou ao anoitecer, quando a temperatura está mudando substancialmente”, diz Hecht. “Temos um ás na manga que nos permitirá fazer isso e, uma vez que testarmos isso no laboratório, podemos alcançar esse último marco para mostrar que podemos realmente correr a qualquer momento”.
À medida que o MOXIE continua a produzir oxigênio em Marte, os engenheiros planejam aumentar sua capacidade e aumentar sua produção, principalmente na primavera marciana, quando a densidade atmosférica e os níveis de dióxido de carbono são altos.
“A próxima corrida será durante a maior densidade do ano, e só queremos produzir o máximo de oxigênio possível”, diz Hecht. “Então, vamos definir tudo o mais alto que pudermos e deixar correr o máximo que pudermos.”
Eles também monitorarão o sistema quanto a sinais de desgaste. Como o MOXIE é apenas um experimento entre vários a bordo do rover Perseverance, ele não pode ser executado continuamente como um sistema em grande escala. Em vez disso, o instrumento deve ser inicializado e desligado a cada execução – um estresse térmico que pode degradar o sistema ao longo do tempo.
Se o MOXIE puder operar com sucesso apesar de ser ligado e desligado repetidamente, isso sugeriria que um sistema em grande escala, projetado para funcionar continuamente, poderia fazê-lo por milhares de horas.
“Para apoiar uma missão humana a Marte, temos que trazer muitas coisas da Terra, como computadores, trajes espaciais e habitats”, diz Hoffman. “Mas o oxigênio velho idiota? Se você pode chegar lá, vá em frente – você está muito à frente do jogo.”
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