Эксперимент Mars Oxygen ISRU - Mars Oxygen ISRU Experiment - Wikipedia

"МОКСИ" перенаправляется сюда. Для использования в других целях см. Мокси (значения).
Эксперимент Mars Oxygen ISRU
ОператорНАСА
ПроизводительМассачусетский технологический институт и Институт Нильса Бора
Тип инструментаISRU (использование ресурсов на месте) экспериментальная технология
Функцияпроизводство кислорода
Интернет сайтМарс.nasa.gov/ mars2020/ миссия/ инструменты/ moxie/
Характеристики
Масса15 кг (33 фунта)
Хост космический корабль
Космический корабльУпорство
Дата запуска30 июля 2020 г.
РакетаАтлас V 541
Запустить сайтМыс Канаверал SLC-41

Эксперимент Mars Oxygen ISRU (МОКСИ) - это технологический эксперимент, в ходе которого будет получено небольшое количество чистого кислород из марсианского атмосферного углекислого газа (CO2 ) в процессе, называемом электролиз твердых оксидов.[1][2][3]

MOXIE - это испытательная модель в масштабе 1/200, которая может быть использована на Марсе. МОКСИ едет на борт Упорство марсоход, как часть Марс 2020 миссия.[4] Главным исследователем прибора MOXIE является Майкл Хехт от Массачусетский Институт Технологий (Массачусетский технологический институт).[1][5][6] В Институт Нильса Бора на Копенгагенский университет сотрудничает с MIT для разработки этого прототипа.[1][7] В случае успеха эта технология может быть расширена как средство производства кислорода для пропеллента-окислителя в марсианском восходящем аппарате (MAV) для возврата пробы.[8]

Цель

Марсоход Perseverance Rover
Компоненты MOXIE

Основная цель этого эксперимента - получение молекулярного кислорода (O2) из атмосферного углекислого газа (CO2), который составляет 96% марсианской атмосферы.[1][9] Ученые запишут эффективность O2 Производительность, а образующийся кислород и оксид углерода будут сбрасываться после проведения измерений.

Для достижения этой цели прибор MOXIE имеет цель произвести 22 г кислорода (O2) в час с чистотой> 99,6% на 50 золы (~ 1230 часов).[1][4][10]

Представители НАСА заявили, что если бы MOXIE работал эффективно, они могли бы посадить на Марс в 100 раз больший инструмент на основе MOXIE, а также радиоизотопный термоэлектрический генератор. В течение нескольких лет генератор будет приводить в действие систему, производящую до двух килограммов кислорода в час.[нужна цитата ] и заполнить кислородный резервуар, который можно использовать для миссии по возврату пробы,[8] или когда астронавты НАСА могут прибыть где-то в 2030-х годах.[4][11] Сохраненный кислород может быть использован для жизнеобеспечения, а также может использоваться в качестве окислителя ракетного топлива для обеспечения их обратного полета на Землю.[12][13] Высокая чистота имеет решающее значение, поскольку будущие космонавты будут дышать ею.[14] N
2 и Ar не отделяются от сырья, а сбрасываются оксидом углерода (CO). CO, побочный продукт реакции, также может быть собран и использован в качестве пропеллента.[15] или преобразован в метан (CH
4) для использования в качестве топлива.[2][16]

Разработка

МОКСИЕдиницы / производительность[17][18]
ЦельТест О
2 производство
из атмосферного CO
2
Масса15 кг (33 фунта)
Мощность300 Вт
Размеры23,9 × 23,9 × 30,9 см
О
2 дебит		10-22 г / час

Эксперимент MOXIE является продолжением более раннего эксперимента Mars ISPP Precursor («MIP»), который был разработан и построен для полетов на Посадочный модуль Mars Surveyor 2001 миссия.[19] MIP был предназначен для демонстрации производства топлива на месте (ISPP) в лабораторных условиях с использованием электролиза диоксида углерода для производства кислорода на Марсе. Эксперимент MIP был отложен, когда миссия Lander 2001 г. была отменена из-за провала самолета 1998 г. Марс полярный посадочный модуль.

Главным исследователем является Майкл Хехт и заместитель главного исследователя Джеффри Хоффман из Массачусетский Институт Технологий. Соавторы включают Копенгагенский университет, Университет штата Аризона, Императорский колледж науки, Менеджер международных программ Джефф Меллстром из НАСА Лаборатория реактивного движения, Ceramatec, Inc. (SOXE), Air Squared (компрессор) Space Exploration Instruments LLC. И Технический университет Дании.[20][21]

Принцип

Смотрите также: Твердооксидный электролизер

МОКСИ собирает CO
2 из марсианской атмосферы, затем электрохимически расщепляет CO
2 молекулы в О
2 и CO. Электролизная ячейка с твердым оксидом работает по принципу, согласно которому при повышенных температурах некоторые керамические оксиды, такие как оксид циркония, стабилизированный оксидом иттрия (YSZ) и легированный оксид церия становятся оксидными ионами (O2–) проводники. Тонкий непористый диск из YSZ (твердый электролит) зажат между двумя пористыми электродами. Для получения кислорода из углекислого газа CO2 диффундирует через пористый электрод (катод ) и достигает окрестности границы электрод-электролит. За счет комбинации термической диссоциации и электрокатализа атом кислорода высвобождается из CO
2 молекула и забирает два электрона с катода, чтобы стать оксидным ионом (O2–). Через вакансии ионов кислорода в кристаллической решетке электролита ион кислорода переносится к границе электролит-анод за счет приложенного ОКРУГ КОЛУМБИЯ потенциал. На этой границе ион кислорода передает свой заряд анод, соединяется с другим атомом кислорода с образованием кислорода (O2), и диффундирует из анода.

Таким образом, чистая реакция 2CO
2 2CO + О
2

MOXIE сгенерирует О
2 из CO
2 в марсианской атмосфере в процессе, называемом электролиз твердых оксидов. Он полетит на Марс на борту Упорство марсоход.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е "NASA TechPort - экспериментальный проект Mars OXygen ISRU". Техпорт НАСА. Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства. Получено 19 ноября 2015.
  2. ^ а б Уолл, Майк (1 августа 2014 г.). «Марсоход, производящий кислород, чтобы приблизить колонизацию». Space.com. Получено 2014-11-05.
  3. ^ Хорошо, Эндрю; Джонсон, Алана; Хауталуома, Грей (24 ноября 2020 г.). «МОКСИ может помочь будущим ракетам стартовать с Марса». НАСА. Получено 24 ноября 2020.
  4. ^ а б c Эксперимент Mars Oxygen ISRU (MOXIE) PDF. Презентация: Миссия и инструменты МАРС-2020 ». 6 ноября 2014 г.
  5. ^ Вайншток, Майя (31 июля 2014 г.). «На Красную планету». Новости MIT. Массачусетский Институт Технологий. Получено 2014-11-05.
  6. ^ Вайншток, Майя (1 августа 2014 г.). «Инструмент для создания кислорода выбран для полетов в рамках предстоящей миссии на Марс 2020». Phys Org. Получено 2014-11-06.
  7. ^ Брикс, Лиз (26 апреля 2015 г.). «Ученые пытаются приготовить кислород на Марсе». Science Nordic. Получено 2015-05-15.
  8. ^ а б Лэндис, Джеффри А .; Олесон, Стивен Р .; Паккард, Томас У .; Linne, Diane L .; Woytach, Jeffrey M .; Мартини, Майкл С .; Фиттье, Джеймс Э .; Gyekenyesi, John Z .; Colozza, Anthony J .; Финканнон, Джеймс; Бери, Кристен М .; Домингес, Гектор; Джонс, Роберт; Смит, Дэвид; Венто, Даниэль (9–13 января 2017 г.). Исследование конструкции поднимающегося на Марс аппарата для возврата образца с использованием топлива, генерируемого на месте. 10-й симпозиум по использованию космических ресурсов. Грейпвайн, Техас. Дои:10.2514/6.2017-0424.
  9. ^ Путешествие на красную планету
  10. ^ Драйер, Кейси (31 июля 2014 г.). «НАСА выбирает 7 научных инструментов для своего следующего марсохода». Планетарное общество. Получено 2014-11-05.
  11. ^ Макси, Кайл (5 августа 2014 г.). «Можно ли производить кислород на Марсе? МОКСИ узнает». Engineering.com. Получено 2014-11-05.
  12. ^ Томсон, Иэн (31 июля 2014 г.). «Марсоход 2020: генерация кислорода и еще 6 удивительных экспериментов». Реестр. Получено 2014-11-05.
  13. ^ Жизнь за пределами страны на последнем рубеже В архиве 2014-11-06 в Wayback Machine. НАСА, 31 октября 2014 г.
  14. ^ «MIT, разрабатывающее устройство для производства дышащего кислорода на Марсе». Космический репортер. 3 марта 2015 г. Архивировано с оригинал 18 мая 2015 г.. Получено 2015-05-15.
  15. ^ Лэндис, Джеффри А .; Линн, Дайан Л. (сентябрь – октябрь 2001 г.). «Марсианский ракетный аппарат с использованием ракетного топлива in situ». Журнал AIAA по космическим кораблям и ракетам. 38 (5): 730–735. Bibcode:2001JSpRo..38..730L. Дои:10.2514/2.3739.
  16. ^ Керамический генератор кислорода для систем электролиза диоксида углерода
  17. ^ МОКСИ - Обзор. НАСА. По состоянию на 11 августа 2018 г.
  18. ^ Производство кислорода из двуокиси углерода атмосферы Марса с помощью твердооксидного электролиза. DOI: 10.1149 / 07801.2953ecst, ECS Trans. 2017 том 78, выпуск 1, 2953-2963
  19. ^ Каплан, Дэвид; Baird, R .; Флинн, Ховард; Рэтлифф, Джеймс; Бараона, Космо; Дженкинс, Филипп; Лэндис, Джеффри; Шейман, Дэвид; Джонсон, Кеннет; Карлманн, Пауль; E, al (2000). "Демонстрация полета" Марса на месте производства ракетного топлива (MIP) в 2001 году - Цели проекта и результаты квалификационных испытаний ". Конференция и выставка Space 2000. Дои:10.2514/6.2000-5145.
  20. ^ Фарли, Кен. «Миссия Марс 2020» (PDF). Национальные академии. JPL Калифорнийский технологический институт. Получено 10 мая 2019.
  21. ^ MOXIE Команда. НАСА. Доступ: 11 августа 2018 г.