Sulla superficie polverosa di Marte, a quasi 160 milioni di chilometri dalla Terra, uno strumento delle dimensioni di un portavivande sta dimostrando che può fare in modo affidabile il lavoro di un piccolo albero terrestre. Guidato dal MIT, MOXIE produce con successo ossigeno dall'atmosfera ricca di anidride carbonica del Pianeta Rosso dall'aprile 2021, circa due mesi dopo l'atterraggio di Perseverance.

In uno studio pubblicato sulla rivista Science Advances, i ricercatori riferiscono che, entro la fine dello scorso anno, MOXIE ha dimostrato di poter produrre ossigeno in sette prove sperimentali e in una varietà di condizioni atmosferiche. In ogni sessione, lo strumento ha raggiunto il suo obiettivo di produrre sei grammi di ossigeno all'ora, circa la velocità di rilascio un albero medio-piccolo sulla Terra.

I ricercatori prevedono che una versione su larga scala di MOXIE potrebbe essere inviata su Marte prima di una missione umana per produrre ossigeno al ritmo di diverse centinaia di alberi.
A tale capacità, il sistema dovrebbe generare abbastanza ossigeno sia per sostenere gli astronauti che per alimentare un razzo per il ritorno sulla Terra.

La produzione di ossigeno di MOXIE su Marte rappresenta anche la prima dimostrazione di "utilizzo delle risorse in situ", una strategia che sarà fondamentale per le prossime missioni di lunga durata.
"Questa è la prima dimostrazione dell'utilizzo effettivo delle risorse sulla superficie di un altro corpo planetario e della loro trasformazione chimica in qualcosa che sarebbe utile per una missione umana", ha affermato il vice ricercatore principale del MOXIE Jeffrey Hoffman, professore della pratica presso il dipartimento del MIT di Aeronautica e Astronautica. “Questa è storia”.

 

Successo della dimostrazione tecnologica

MOXIE è progettato per dimostrare una tecnologia che converte l'anidride carbonica in ossigeno con un processo elettrolitico. All'interno del contenitore, una scatola cubica di circa 30 centimetri per lato, si trovano un compressore, un filtro e una pila di ceramica che esegue la reazione elettrolitica.

L'atmosfera su Marte è 170 volte più sottile che sulla Terra e produrre ossigeno in quantità non è così semplice. Anche se l'aria è molto ricca di anidride carbonica da cui estrarre ossigeno, la bassa pressione atmosferica limita fortemente la quantità di aria ambiente che fluttua nel nucleo reattivo di MOXIE. Il compressore di MOXIE, tuttavia, aspira l'anidride carbonica nelle vicinanze, filtrando l'aria per pulirla da eventuali contaminanti, e alimenta l'unità di elettrolisi a una pressione simile a quella terrestre. Qui, un catalizzatore chimico che opera a 800 gradi Celsius, strappa un atomo di ossigeno da ogni molecola di CO2 in arrivo. Quindi, coppie di atomi di ossigeno si combinano rapidamente per formare l'ossigeno biatomico stabile (O2), di cui MOXIE misura la quantità e la purezza prima di rilasciarlo nell'aria con il monossido di carbonio.

Dall'atterraggio del rover nel febbraio 2021, gli ingegneri MOXIE hanno avviato lo strumento sette volte durante l'anno marziano. Per ogni sessione MOXIE ha impiegato diverse ora per riscaldarsi ed è rimasto acceso solo un'ora. Per ogni prova il team ha scelto orari diversi del giorno della notte e stagioni diverse per vedere se lo strumento poteva adattarsi ai cambiamenti delle condizioni atmosferiche del pianeta.
"L'atmosfera di Marte è molto più variabile della Terra", ha detto Hoffman. “La densità dell'aria può variare di un fattore due durante l'anno e la temperatura può variare di 100 gradi. Un obiettivo è dimostrare che possiamo lavorare in tutte le stagioni”.

Finora, MOXIE ha dimostrato di poter produrre ossigeno in quasi ogni momento del giorno e dell'anno marziano. "L'unica situazione che non abbiamo provato è all'alba o al tramonto, quando la temperatura cambia sostanzialmente", afferma Hecht.

Giocare in anticipo

Mentre MOXIE continua a sfornare ossigeno su Marte, gli ingegneri intendono aumentare la sua capacità e aumentarne la produzione, in particolare nella primavera marziana, quando la densità atmosferica e i livelli di anidride carbonica sono elevati.
"La prossima accensione sarà durante la più alta densità dell'anno e vogliamo solo produrre più ossigeno possibile", afferma Hecht. "Quindi imposteremo tutti i livelli il più in alto possibile e lo faremo funzionare il più a lungo possibile". E gli scienziati monitoreranno anche il sistema per segni di usura.