إليك كيف يمكن للهبوط المثابرة أن يمهد الطريق للبشر على المريخ

قام المهندسون بخفض جهاز MOXIE في العربة الجوالة Mars Perseverance في مارس 2019.

قام المهندسون بخفض جهاز MOXIE في العربة الجوالة Mars Perseverance في مارس 2019. (رصيد الصورة: NASA / JPL-Caltech)





يوجد صندوق ذهبي مطوي في بطن مركبة Mars Perseverance التابعة لوكالة ناسا ، والذي إذا سارت الأمور على ما يرام ، سيحول بعضًا من الغلاف الجوي الرقيق والغني بثاني أكسيد الكربون للكوكب الأحمر إلى أكسجين حلو حلو.

التجربة ، ودعا تجربة استخدام موارد المريخ بالأكسجين في الموقع (MOXIE) ، يهدف إلى إظهار التكنولوجيا التي يمكن أن تدعم يومًا ما مهمة مأهولة إلى المريخ ، لأن الأكسجين مورد حيوي للبشر للتنفس والصواريخ لحرقها. ومن المقرر أن تهبط المركبة المتجولة المثابرة على الكوكب الأحمر غدًا (18 فبراير) ، فإن فريق MOXIE متحمسون للاقتراب خطوة واحدة من الاختبار الأول للتجربة.

'المقصود من MOXIE أن يكون عرضًا لتقنية تسمح لنا بتعبئة خزانات الأكسجين التي سيحتاجها فريق من رواد الفضاء المستقبليين للعودة إلى الوطن ، للإقلاع من المريخ ،' الباحث الرئيسي في التجربة ، مايكل هيشت ، وهو باحث تجريبي قال عالم في مرصد Haystack التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، لموقع ProfoundSpace.org. 'للتنفس أيضًا ، لكن الصواريخ تتنفس أكثر من الناس وتلك مهمة كبيرة'.



متعلق ب: كيف تشاهد مركبة المثابرة التابعة لناسا وهي تهبط على سطح المريخ
هبوط المريخ للمركبة المثابرة:
كل ما تحتاج إلى معرفته

كتاب المريخ: 22.99 دولارًا في Magazines Direct



في 148 صفحة ، استكشف ألغاز المريخ. مع توجه أحدث جيل من المركبات الجوالة ومركبات الهبوط والمركبات المدارية إلى الكوكب الأحمر ، نكتشف المزيد من أسرار هذا العالم أكثر من أي وقت مضى. اكتشف مناظره الطبيعية وتكوينه ، واكتشف حقيقة الماء على المريخ والبحث عن الحياة ، واستكشف احتمالية أن تكون الصخرة الرابعة القادمة من الشمس هي موطننا التالي في يوم من الأيام. عرض الصفقة

لن يتنفس البشر ولا الصواريخ أكسجين موكسي ؛ إنه مجرد اختبار لمفهوم ما.

ومع ذلك ، فإن جهاز MOXIE له جذور طويلة: فقد فكرت ناسا في قيادة طائرة سابقة في مهمة عام 2001 ، على حد قول هيشت. ولكن عندما كانت ناسا تحلم بمهمة المريخ 2020 ، حددت الوكالة أنها تريد قيادة أداة لإنتاج وقود دافع من المواد الموجودة على المريخ ، وبدأ العمل على MOXIE.



لكن مصممي MOXIE لم يبدأوا من الصفر. الجهاز هو في الأساس عكس خلية الوقود ، التي تحرق مزيجًا من الأكسجين ومركب أساسه الكربون لإنتاج الحرارة وثاني أكسيد الكربون. تشبه الأداة أيضًا عن كثب كائنًا أكثر دنيوية. 'بالطبع ، MOXIE شجرة صغيرة ، أليس كذلك؟' قال هيشت. 'تأخذ الأشجار [ثاني أكسيد الكربون] وتحولها إلى أكسجين من خلال عملية كيميائية أكثر تعقيدًا.'

بالنسبة لهشت ، يمثل وصول موكسي إلى المريخ علامة فارقة حقيقية نحو إرسال البشر يومًا ما إلى الكوكب الأحمر.

عندما انخرطت في هذا لأول مرة في منتصف التسعينيات ، كان 15 عامًا. ما زال أمامنا 15 سنة ، 'قال عن مهمة مأهولة. هذا هو حقًا أول استثمار كبير ، استثمار كبير من قبل وكالة ناسا لإظهار التكنولوجيا للبشر المتجهين إلى المريخ. وبالنسبة لي ، إنها طريقة ناسا تقول ، `` نحن جادون في هذا الأمر ، وسوف نجعله يحدث. '' (تكلف MOXIE حوالي 50 مليون دولار ، كما قال.)

سبع دقائق من الرعب: شاهد هبوط المريخ المليء بالحيوية لمركبة المثابرة

كيف تعمل

تقوم MOXIE برحلة على متن المركبة الفضائية كإثبات تكنولوجي ، بدلاً من تلبية أحد الأهداف الأساسية لمركبة المثابرة المتمثلة في البحث عن آثار الحياة القديمة ، لذا فإن عملها ليس أولوية قصوى في المهمة. وستعمل MOXIE فقط من حين لآخر - ربما مرة واحدة فقط كل بضعة أشهر ، أو تقريبًا مثل ما تقوم به عربة المثابرة بالبحث عن عينات.

ذلك لأن التكنولوجيا تتطلب مدخلات طاقة شديدة الانحدار لتسخين مكون رئيسي من التجربة إلى حوالي 1500 درجة فهرنهايت (800 درجة مئوية). في كل مرة يتم فيها تشغيل MOXIE ، ستقضي الأداة حوالي ساعتين في الإحماء ، ثم تنتج الأكسجين لمدة ساعة تقريبًا. ستستخدم هذه العملية معظم إمدادات الطاقة للعربة الجوالة لهذا اليوم. (شكلت التقلبات الهائلة في درجات الحرارة أيضًا تحديًا في التصميم ، نظرًا لأن المواد لا تأخذ مثل هذه المعاملة بلطف.)

لا تستطيع MOXIE إنتاج الأكسجين من العدم ، بالطبع: ستسحب الأداة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي الرقيق للمريخ ، وهو أرق 100 مرة من الغلاف الجوي للأرض. هذه الخطوة صعبة للغاية ، لا سيما بالنظر إلى الارتفاع المرتفع الذي ستهبط فيه المثابرة.

قال هيشت: 'الغلاف الجوي رقيق ، وعلينا جمع الكثير منه'. ' حيث نصل ​​مع المثابرة ، مقارنةً ، على سبيل المثال ، بـ Curiosity أو المسبار الذي سبقه ، وهو مرتفع جدًا ، يشبه محاولة القيام بذلك على قمة جبل. لذا فإن الهواء رقيق ، بدايةً ، حتى بالمقارنة مع المريخ ، فهو رقيق. لذلك هذا عامل آخر.

ثم هناك الكيمياء نفسها.

ناسا

يحمل المسبار المريخ التابع لوكالة ناسا أداة مبتكرة تسمى MOXIE تهدف إلى إظهار إمكانات استخدام الموارد على الكوكب الأحمر. تم تصميم MOXIE (Mars Oxygen ISRU Experiment) لإنتاج الأكسجين باستخدام ثاني أكسيد الكربون الأصلي للمريخ.(رصيد الصورة: ناسا)

قال هيشت: 'الشيء الواضح الذي يجب فعله هو أن تقول ،' حسنًا ، افصل الكربون عن الأكسجين وانتهى الأمر. لكن هذه العملية تجعل السخام الكربوني الصلب أيضًا منتجًا ثانويًا ، مما قد يؤدي إلى انسداد الجهاز. بدلاً من ذلك ، سوف ينتج MOXIE غاز أول أكسيد الكربون كمنتج ثانوي ، لذلك يمكن أن يتبدد بسهولة. قال هيشت عن النتيجة: 'نحن لا نريدها في أقبية لدينا ، لكننا لا نمانعها على المريخ'.

قال: 'إنه أمر خفي ، لأنك تحاول أن تأخذ جزيء ثاني أكسيد الكربون وتنتزع ذرة أكسجين واحدة فقط وليس اثنتين'. 'هذا تحد'.

هناك بعض المخاطر في خلق رد الفعل هذا أيضًا. أولاً ، لا تستطيع MOXIE استهلاك كل ثاني أكسيد الكربون الذي تستوعبه ؛ إذا حدث ذلك ، فقد ينزلق إلى صنع السخام الكربوني بدلاً من أول أكسيد الكربون. التوازن الصعب الآخر هو أنه إذا لم يتلق الجهاز ما يكفي من الكهرباء ، فإن التفاعل سينعكس ، ويعمل مثل خلية وقود نموذجية.

قال هيشت: 'علينا أن نكون حريصين للغاية على عدم السماح لها بالعمل كخلية وقود لأنه لا يوجد وقود ، وسوف تبدأ في التهام نفسها'. نظرًا لعدم وجود مصدر للأكسجين على كوكب المريخ ، فإنه سيبدأ بالفعل في تمزيق الأكسجين من جانب القطب الموجب للجهاز ويبدأ في تكسير المواد.

ثم هناك مسألة ما يجب فعله بالأكسجين الذي تصنعه المظاهرة. قال هيشت: 'نحتفظ بما يكفي منه حتى نتمكن من أخذ عينات منه ، ويمكننا التأكد من أنه نقي ، ويمكننا قياس مقدار ما سيأتي ، ثم يتسرب'. 'لقد تركناه يخرج من الجهاز كما لو كنت تسمح للهواء بالخروج من منطاد.'

دليل خطوة بخطوة: كيف ستهبط المركبة المثابرة على المريخ

مظاهرة للمستقبل؟

يهدف MOXIE إلى اختبار تقنية إنتاج الأكسجين هذه على نطاق ضيق فقط. قال هيشت إن الأداة ستنتج الأكسجين بنفس معدل إنتاج شجرة واحدة متوسطة الحجم.

هذا كل ما هو ممكن في سياق المثابرة ، التي لديها حوالي 110 واط من الطاقة المتاحة للمركبة بأكملها. وبالمقارنة ، فإن منشأة إنتاج الأكسجين الكاملة ستحتاج إلى إنتاج حوالي 200 مرة من الأكسجين ، ومن المحتمل أن تتطلب 25 أو 30 كيلوواط من الطاقة ، وهو ما يتجاوز بكثير قدرة ناسا الحالية على المريخ.

لكن في بعض النواحي ، سيكون تصميم نظام أكبر أسهل من تصميم نظام MOXIE ، على حد قول هيشت ، لا سيما بالنظر إلى درجات الحرارة المرتفعة اللازمة لتشغيل التفاعل. على عكس MOXIE ، الذي يجب أن يتنقل بين درجات حرارة التشغيل ودرجات حرارة أكثر برودة ، فمن المحتمل أن يتم تشغيل محطة أكسجين كاملة وتظل معزولة جيدًا.

قال هيشت إن هناك فرصة لإطلاق نسخة مكثفة من MOXIE في نفس الوقت تقريبًا مع رواد الفضاء في مهمة ضخمة مصممة لدمج كل ما يحتاجه الطاقم في رحلة واحدة إلى المريخ.

ولكن نظرًا لأن الجزء الأكبر من الأكسجين سيستخدم في تغذية الصاروخ لنقل رواد الفضاء إلى الأرض ، قال هيشت إنه يتوقع على الأرجح إطلاق خليفة MOXIE قبل أي مستكشف بشري. ستمنح هذه الاستراتيجية ، جنبًا إلى جنب مع نافذة مدتها 26 شهرًا بين المحاذاة المواتية للأرض والمريخ ، وقتًا لوكالة ناسا لبدء ضخ كمية كافية من الأكسجين لتكون واثقًا من أن رواد الفضاء سيقابلون وقودًا كافيًا للعودة إلى ديارهم قبل الإطلاق.

قال هيشت: 'تقوم بإعداد كل شيء ، وعليك أن تأمل ألا ينكسر ، ثم ترسل الطاقم' ، مقارنةً بالبنية التحتية للمبنى مسبقًا بحجز فندق. 'لذا فإن كل الطاقم الذي يجب أن يأخذوه ، كما لو كنت ذاهبًا في رحلة ، هو حقيبتك وفرشاة أسنانك.'

أرسل بريدًا إلكترونيًا إلى ميغان بارتلز على mbartels@guesswhozoo.com أو تابعها على Twittermeghanbartels. تابعنا على TwitterSpacedotcom وعلى Facebook.