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火星探索毅力号

生活 更新时间:2025-01-20 13:19:01

據美國宇航局NASA報道 ,毅力号取得又一個新突破——在火星成功制取了第一批氧氣。這是人類首次在外星球制取氧氣,該試驗于2021年4月20日進行,也就是機智号火星直升機曆史性首飛成功的第二天。

火星探索毅力号(NASA毅力号成功在火星制取氧氣)1

毫無疑問,這是一個令人興奮的消息,為未來人類登陸乃至移民火星鋪平道路。在火星上制取和儲存氧氣意義重大,不僅可以為火箭提供推進劑,還能用于宇航員呼吸。

毅力号上裝配了一台名為火星氧氣原位資源利用實驗儀(MOXIE)的科學載荷,目标是進行一項探索性技術研究,嘗試用火星大氣中的二氧化碳制取氧氣。

火星擁有稀薄大氣,大氣密度約為地球的1%,主要成分是二氧化碳,含量高達96%。MOXIE的工作原理是将氧原子從二氧化碳中分離出來,生成氧氣和一氧化碳,前者被保留存儲,後者則作為廢氣排放。這一轉換過程需要在大約800℃的高溫環境下進行,因此MOXIE采用了耐高溫材料制作。另外,MOXIE外部還鍍了一層金,用以反射紅外熱量,防止毅力号其他部件受損。

火星探索毅力号(NASA毅力号成功在火星制取氧氣)2

2021年4月20日是MOXIE第一次進行制取氧氣試驗,表現一般——制取了5.37克氧氣,相當于一名宇航員呼吸10分鐘的耗氧量。MOXIE在設計上每小時可産生10克氧氣。

火星探索毅力号(NASA毅力号成功在火星制取氧氣)3

按NASA的計劃,在接下來的1個火星年(約2個地球年)裡,MOXIE将至少再進行9次氧氣制取試驗。這些試驗可分為三個階段——第一階段:檢測和展現儀器功能;第二階段:在不同大氣條件下運行儀器,比如在不同日期和季節;第三階段:突破極限,嘗試新的操作模式,在三種乃至更多的溫度下運行儀器,以作對照。

對于人類登陸火星而言,氧氣是至關重要的。

首先,火箭飛離火星需要大量氧氣作為助燃劑。比如,在未來的載人登陸火星任務中,讓四名宇航員離開火星表面大約需要7噸燃料和25噸氧氣。将25噸氧氣從地球運至火星是個巨大的挑戰,因此得想辦法實現原位資源利用。MOXIE的技術将應用于火星大規模制取氧氣,未來将向火星運送一台質量高達1噸的氧氣轉換器,這比直接從地球運輸氧氣到火星要經濟實用得多。

相比之下,宇航員在火星上呼吸所用的氧氣就顯得小巫見大巫了。四名宇航員在火星上待一年,1噸氧氣差不多就夠了。

總之,MOXIE在火星上成功制取氧氣,是一個讓科幻照進現實的新突破,人類移民火星并非天方夜譚。

毅力号是史上最貴火星車,外加機智号火星直升機,項目總耗資将近30億美金。其中,毅力号的建造與發射花費約24億美金,毅力号主任務階段運營費用約3億美金;機智号的建造花費約8000萬美金,機智号運營費用約500萬美金。

火星探索毅力号(NASA毅力号成功在火星制取氧氣)4

與其說毅力号是一輛火星車,不如說是一座可移動的實驗室。毅力号上裝配了7大科學載荷——桅杆相機(Mastcam-Z)、火星環境動力學分析儀(MEDA)、火星氧氣原位資源利用實驗儀(MOXIE)、行星X射線岩石化學儀(PIXL)、火星地下實驗雷達成像儀(RIMFAX)、掃描宜居環境拉曼光譜儀(SHERLOC)、超級相機(SuperCam)。

火星探索毅力号(NASA毅力号成功在火星制取氧氣)5

毅力号上火星最關鍵的一個目标是研究天體生物學,搜尋火星遠古生命迹象。于此同時,還會深入探測火星地質與氣候、采集并儲存樣品供未來的火星任務帶回地球,以及為人類登陸火星做鋪墊。

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