Щоб повернути астронавтів з Марса, окисник для зворотного старту доведеться виробляти просто на планеті. У Массачусетському технологічному інституті для цього створили невеликий плазмовий реактор, що розщеплює вуглекислий газ марсіанської атмосфери. Із цим етапом уже впоралися добре. Складніше вловити кисень раніше, ніж він знову з’єднається з рештою продуктів реакції.
Тонни окисника
Пілотовані експедиції на Марс у найближчі десятиліття планують NASA і Китай, нагадує Universe Today. У ракетах на рідкому кисні саме окисник займає більшу частину маси, яку заливають у баки. За оцінками агентства, для старту злітного модуля з чотирма астронавтами з поверхні Марса знадобиться близько 25 тонн кисню. Везти стільки із Землі означало б суттєво обтяжити всю експедицію.
Реальний досвід поки значно скромніший. За допомогою приладу MOXIE на марсоході Perseverance з 2021 до 2023 року провели 16 сеансів і загалом отримали 122 грами кисню. Потрібна кількість більша приблизно у двісті тисяч разів.
Холодна плазма
Аспірантка Массачусетського технологічного інституту Лейні Маккінні вела розробку під керівництвом доцентки Кармен Герри-Гарсії, розповідає MIT News. У її невеликому реакторі молекули CO2, з яких майже цілком складається марсіанська атмосфера, розпадалися під дією холодної плазми на кисень і чадний газ.
У такому стані речовини енергію отримують переважно електрони, тоді як решта частинок лишається відносно прохолодною. Тому розривати хімічні зв’язки можна без нагрівання приблизно до 800 градусів Цельсія, як у приладі MOXIE.
Установка належить до типу з діелектричним бар’єрним розрядом, що повторюється наносекундними імпульсами (NRP-DBD). Її трубку наповнено кульками. Лейні Маккінні вивчала, як матеріал цього наповнювача впливає на розщеплення. Опису роботи в рецензованому журналі поки немає, про результати відомо лише з університетського профілю авторки.
Відокремлення кисню
Етап розщеплення, за словами Лейні Маккінні, вдалося налагодити дуже добре. Складність починається після нього. На виході утворюється суміш. Поки кисень лишається поруч із чадним газом, частина його знову з’єднується з ним у CO2.
Щоб цього уникнути, дослідниця поєднала реактор з мембраною, яка вибірково пропускає кисень. Така мембрана має відводити цей газ із зони реакції швидше, ніж він встигне прореагувати.
Як хімічно активне середовище плазми вплине на саму мембрану, поки не зрозуміло, бо поєднання двох систем ще погано вивчене. Лейні Маккінні визнала, що команда не знає напевно, якого результату чекати.
Переробка сміття і місячна цегла
Поза дисертацією Лейні Маккінні брала участь у конкурсах NASA у складі студентської групи Space Resources Workshop. Команда CERBERUZ, яку вона співочолювала, перемогла в другій фазі змагання LunaRecycle Challenge і отримала 775 тисяч доларів. Нагороду присудили за систему, що перемелює змішане сміття на порошок для лиття запасних деталей і виготовлення нитки для 3D-друку.
Інший проєкт у межах навчального курсу об’єднав інженерів і архітекторів. Вони шукали спосіб захистити місячні житлові модулі від радіації, використовуючи лише місцеві ресурси. Рішенням стала цегла з реголіту, яку відливають і складають без будівельного розчину чи іншої сполучної речовини.
