美国NASA：用火星大气分离制造氧气已成事实

嘲笑别人的科技，嘲笑登陆火星不如去条件更好的戈壁滩，都是愚蠢和顽固的。美国麻省理工学院教授、前NASA太空人杰弗利·霍夫曼说：「为了要协助人类的火星任务，我们必须要从地球上带很多东西过去，像是电脑、太空装备、以及棲息地。但是氧气呢？如果能夠在那里制造，那就做吧！我们会遥遥领先。」

事实上呢？美国确实遥遥领先了，一个比公文包大一点的仪器，已经被安装在美国太空总署NASA的毅力号火星探测器腹部，用电解的方式，把火星大气里二氧化碳转成一氧化碳和氧气。从毅力号登陆火星的2021年2月到2021年年底，它制造出了七次氧气，而且还会持续制造下去。这个仪器叫作「火星氧气在地资源运用实验」简称MOXIE，霍夫曼是它的副首席研究员。

MOXIE

现在的火星大气非常稀薄，比地球的大气稀薄 100 倍以上，组成成分大部分是二氧化碳。任何人想在火星上吸入大气，会发现他们几乎吸不到任何东西。这对地球人来说，显然是致命的。MOXIE氧气制造机的出现，终于能帮助人们在火星那个尘土飞扬、干燥的外星世界，可靠地送出氧气。这是第一次建立起一套方法，在另一个星球上制造出了可以支持人类呼吸的气体，帮人类在火星上执行任务时保存生命。霍夫曼说：「这是第一次展示了真的可以用另一个天体上的资源，通过化学的办法，转化成对人类有用的东西。这是历史性的一刻。」

那这个机器是怎么从火星大气里合成出氧气的呢？它用了电解的办法，这个办法实际上并不稀奇，在美国国际太空站里就是用电解的办法把水转化成氢气和氧气，供给人的呼吸。可是，火星上的水非常珍贵，所以，电解水是不行的，只能走另一条路，幸运的是，火星大气里大约有96%的二氧化碳，它们是包含一个碳原子和两个氧原子的化合物。

首先，MOXIE会通过一个把火星空气清洗干净的过滤器抽取火星空气，先净化，净化以后的火星空气接着被压缩、加热，再送到固体氧化物电解器里，电解器会把二氧化碳拆分成一氧化碳和氧离子，其中的一氧化碳会被排放回火星大气当中，剩下的氧离子接着会重新结合形成氧气或者分子氧。

这个设备运转得怎么样呢？科学家们认定，已经可靠地生产出可以用来呼吸的氧气，而且把二氧化碳还原成构成元素的办法已经被透彻地研究、熟知和理解。实际运转操作的时候，先开机暖机几个小时，再正式运行，每次实验运行1个小时，然后断电一段时间。这一个小时里，MOXIE能生产10克的氧气，可以让一个太空人呼吸20分钟。

还有一个问题，就是火星的温度和空气密度是在变动的，从早到晚不同，一年四季差别也很大，所以MOXIE需要在这些跨度很大的条件下都能工作。它在不同的情况下运行了7次，证实在许多情况下可以产生氧气。来自MIT海斯塔克天文台的MOXIE首席研究员麦克·海契特说：「我们唯一没有展示的时间是黎明和黄昏这种温度正在大幅度变化的时候。我们的确暗中藏有一张王牌，一旦在实验室做好了测试，就可以在任何时间制造氧气。」

一个小型太空人团队，如果在火星执行一年的任务，大约需要呼吸1吨氧气，再加上宇宙飞船来回要加在推进器里的氧气，那么一次任务总共需要大约500吨氧气。所以，现在的MOXIE其实还不够理想，它最好能持续运行，产生的氧气更多。对研究团队来说，还有很长的路要走，在接下来的一年，研究团队尽可能地突破这些问题，为登陆火星的人类打造更强大的机器。

其实，这个问题不仅是提供一种呼吸的机器，而是让一个不适合人类居住的地方更适合，还要确保人类平安地往返在两个星球之间。

研究资料——

Starr, M., (2022, September 1). A Briefcase-Sized Box Is Already Making Oxygen on Mars. ScienceAlert

Hoffman, J. A. et al., (2022, August 31). Mars Oxygen ISRU Experiment (MOXIE)—Preparing for human Mars exploration. Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.abp8636