บนพื้นผิวสีแดงและฝุ่นของดาวอังคาร ซึ่งอยู่ห่างจากโลกเกือบ 100 ล้านไมล์ เครื่องมือที่มีขนาดเท่ากล่องอาหารกลางวันกำลังพิสูจน์ว่าสามารถทำงานบนต้นไม้ขนาดเล็กได้อย่างน่าเชื่อถือ
การทดลองการใช้ทรัพยากรออกซิเจนในแหล่งกำเนิดของดาวอังคารที่นำโดย MIT หรือ MOXIE ประสบความสำเร็จในการสร้างออกซิเจนจากบรรยากาศที่อุดมด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ของดาวเคราะห์แดงตั้งแต่เดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2564 เมื่อมันแตะพื้นผิวดาวอังคารซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของภารกิจสำรวจความเพียรของ NASA .
ในการศึกษาที่ตีพิมพ์ในวันนี้ในวารสารScience Advancesนักวิจัยรายงานว่า ภายในสิ้นปี พ.ศ. 2564 MOXIE สามารถผลิตออกซิเจนได้จากการทดลองเจ็ดครั้ง ในสภาวะบรรยากาศที่หลากหลาย รวมทั้งในช่วงกลางวันและกลางคืน และผ่านดาวอังคารที่แตกต่างกัน ฤดูกาล ในการวิ่งแต่ละครั้ง เครื่องมือได้บรรลุเป้าหมายในการผลิตออกซิเจน 6 กรัมต่อชั่วโมง ซึ่งเป็นอัตราที่ใกล้เคียงกับอัตราของต้นไม้เล็กๆ บนโลก
นักวิจัยคาดการณ์ว่า MOXIE เวอร์ชันขยายขนาดสามารถส่งไปยังดาวอังคารก่อนภารกิจของมนุษย์ เพื่อผลิตออกซิเจนอย่างต่อเนื่องในอัตราหลายร้อยต้น ด้วยความสามารถดังกล่าว ระบบควรสร้างออกซิเจนให้เพียงพอต่อการรักษามนุษย์ทั้งสองเมื่อพวกมันมาถึง และเติมเชื้อเพลิงให้จรวดเพื่อส่งนักบินอวกาศกลับมายังโลก
จนถึงตอนนี้ ผลงานที่มั่นคงของ MOXIE เป็นก้าวแรกที่มีแนวโน้มไปสู่เป้าหมายนั้น
Michael Hecht ผู้ตรวจสอบหลักของภารกิจ MOXIE ที่ Haystack Observatory ของ MIT กล่าวว่า “เราได้เรียนรู้จำนวนมหาศาลที่จะแจ้งระบบในอนาคตในขนาดที่ใหญ่ขึ้น
การผลิตออกซิเจนของ MOXIE บนดาวอังคารยังแสดงให้เห็นถึงการสาธิตครั้งแรกของ “การใช้ทรัพยากรในแหล่งกำเนิด” ซึ่งเป็นแนวคิดในการเก็บเกี่ยวและใช้วัสดุของดาวเคราะห์ (ในกรณีนี้คือคาร์บอนไดออกไซด์บนดาวอังคาร) เพื่อสร้างทรัพยากร (เช่น ออกซิเจน) ที่จะ มิฉะนั้นจะต้องถูกขนส่งจากโลก
“นี่เป็นการสาธิตครั้งแรกของการใช้ทรัพยากรจริงบนพื้นผิวของวัตถุดาวเคราะห์ดวงอื่น และเปลี่ยนสารเคมีให้เป็นสิ่งที่มีประโยชน์สำหรับภารกิจของมนุษย์” เจฟฟรีย์ ฮอฟฟ์แมน รองผู้ตรวจสอบหลักของ MOXIE ศาสตราจารย์ด้านการปฏิบัติในแผนกของ MIT กล่าว ของวิชาการบินและอวกาศ “มันเป็นประวัติศาสตร์ในแง่นั้น”
ผู้เขียนร่วม MIT ของ Hoffman และ Hecht รวมถึงสมาชิกในทีม MOXIE Jason SooHoo, Andrew Liu, Eric Hinterman, Maya Nasr, Shravan Hariharan และ Kyle Horn พร้อมด้วยผู้ทำงานร่วมกันจากหลายสถาบันรวมถึง Jet Propulsion Laboratory ของ NASA ซึ่งจัดการการพัฒนา MOXIE ซอฟต์แวร์การบิน บรรจุภัณฑ์และการทดสอบก่อนเปิดตัว
อากาศตามฤดูกาล
MOXIE เวอร์ชันปัจจุบันมีขนาดเล็กตามการออกแบบ เพื่อให้พอดีกับรถแลนด์โรเวอร์ Perseverance และสร้างขึ้นเพื่อวิ่งในช่วงเวลาสั้น ๆ โดยเริ่มต้นและปิดตัวลงในแต่ละการวิ่ง ขึ้นอยู่กับกำหนดการสำรวจของรถแลนด์โรเวอร์และความรับผิดชอบในภารกิจ ในทางตรงกันข้าม โรงงานผลิตออกซิเจนเต็มรูปแบบจะมีหน่วยขนาดใหญ่กว่าซึ่งสามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่องในอุดมคติ
แม้จะมีการประนีประนอมที่จำเป็นในการออกแบบปัจจุบันของ MOXIE แต่เครื่องมือนี้แสดงให้เห็นว่าสามารถเปลี่ยนบรรยากาศของดาวอังคารให้เป็นออกซิเจนบริสุทธิ์ได้อย่างน่าเชื่อถือและมีประสิทธิภาพ โดยขั้นแรกให้ดึงอากาศจากดาวอังคารผ่านตัวกรองที่ทำความสะอาดจากสิ่งปนเปื้อน จากนั้น อากาศจะถูกอัดแรงดัน และส่งผ่าน Solid OXide Electrolyzer (SOXE) ซึ่งเป็นเครื่องมือที่พัฒนาและสร้างโดย OxEon Energy ซึ่งจะทำการแยกอากาศที่อุดมด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ด้วยไฟฟ้าเป็นไอออนออกซิเจนและคาร์บอนมอนอกไซด์
จากนั้นไอออนของออกซิเจนจะถูกแยกออกและรวมตัวกันใหม่เพื่อสร้างออกซิเจนโมเลกุลที่ระบายอากาศได้ หรือ O 2ซึ่ง MOXIE จะวัดปริมาณและความบริสุทธิ์ก่อนที่จะปล่อยกลับคืนสู่อากาศอย่างไม่เป็นอันตราย ร่วมกับคาร์บอนมอนอกไซด์และก๊าซในชั้นบรรยากาศอื่นๆ
นับตั้งแต่ยานสำรวจลงจอดในเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2564 วิศวกรของ MOXIE ได้เริ่มใช้งานเครื่องมือนี้เจ็ดครั้งตลอดทั้งปีบนดาวอังคาร แต่ละครั้งใช้เวลาสองสามชั่วโมงในการอุ่นเครื่อง จากนั้นอีกหนึ่งชั่วโมงเพื่อสร้างออกซิเจนก่อนที่จะปิดเครื่อง การวิ่งแต่ละครั้งถูกกำหนดไว้สำหรับช่วงเวลากลางวันหรือกลางคืนที่แตกต่างกัน และในฤดูกาลที่แตกต่างกัน เพื่อดูว่า MOXIE สามารถรองรับการเปลี่ยนแปลงในสภาพบรรยากาศของดาวเคราะห์ได้หรือไม่
“ชั้นบรรยากาศของดาวอังคารมีความแปรปรวนมากกว่าโลกมาก” ฮอฟฟ์แมนตั้งข้อสังเกต “ความหนาแน่นของอากาศอาจแตกต่างกันไปในแต่ละปี และอุณหภูมิอาจแตกต่างกันไป 100 องศา เป้าหมายหนึ่งคือการแสดงให้เห็นว่าเราสามารถวิ่งได้ในทุกฤดูกาล”
จนถึงปัจจุบัน MOXIE ได้แสดงให้เห็นว่าสามารถผลิตออกซิเจนได้แทบทุกช่วงเวลาของวันและปีของดาวอังคาร
“สิ่งเดียวที่เราไม่ได้แสดงให้เห็นคือการวิ่งในตอนเช้าหรือตอนพลบค่ำ เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลงอย่างมาก” Hecht กล่าว “เรามีเอซอยู่ในแขนเสื้อที่จะช่วยให้เราทำได้ และเมื่อเราทดสอบในห้องแล็บ เราก็สามารถบรรลุเป้าหมายสุดท้ายเพื่อแสดงให้เห็นว่าเราสามารถวิ่งได้ทุกเมื่อจริงๆ”
ก่อนเกม
ในขณะที่ MOXIE ยังคงผลิตออกซิเจนบนดาวอังคารอย่างต่อเนื่อง วิศวกรวางแผนที่จะเพิ่มกำลังการผลิตและเพิ่มการผลิต โดยเฉพาะอย่างยิ่งในฤดูใบไม้ผลิของดาวอังคารเมื่อความหนาแน่นของบรรยากาศและระดับคาร์บอนไดออกไซด์สูง
“การวิ่งครั้งต่อไปที่จะมาถึงจะเป็นช่วงที่มีความหนาแน่นสูงสุดของปี และเราแค่ต้องการสร้างออกซิเจนให้มากที่สุดเท่าที่จะทำได้” Hecht กล่าว “ดังนั้น เราจะตั้งทุกอย่างให้สูงที่สุดเท่าที่เรากล้า และปล่อยให้มันดำเนินไปนานที่สุดเท่าที่จะทำได้”
พวกเขายังจะตรวจสอบระบบเพื่อหาสัญญาณของการสึกหรอ เนื่องจาก MOXIE เป็นเพียงการทดลองหนึ่งในหลายๆ อย่างบนยานสำรวจ Perseverance มันจึงไม่สามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่องเหมือนระบบเต็มรูปแบบ เครื่องมือต้องเปิดและปิดทุกครั้งที่วิ่ง ซึ่งเป็นความเครียดจากความร้อนที่อาจทำให้ระบบลดลงเมื่อเวลาผ่านไป
หาก MOXIE สามารถทำงานได้สำเร็จแม้จะเปิดและปิดซ้ำๆ ก็ตาม นี่จะแนะนำว่าระบบเต็มรูปแบบที่ออกแบบมาให้ทำงานอย่างต่อเนื่องนั้นสามารถทำได้เป็นเวลาหลายพันชั่วโมง
“เพื่อสนับสนุนภารกิจของมนุษย์สู่ดาวอังคาร เราต้องนำสิ่งของมากมายจากโลก เช่น คอมพิวเตอร์ ชุดอวกาศ และที่อยู่อาศัย” ฮอฟฟ์แมนกล่าว “แต่ออกซิเจนเก่าใบ้? หากคุณสามารถไปถึงที่นั่นได้ ลุยเลย คุณกำลังล้ำหน้าเกม”
งานวิจัยชิ้นนี้ได้รับการสนับสนุนจาก NASA บางส่วน
