MOXIE, un dispositivo a bordo del Perseverance Rover de la NASA, podría ayudar a futuros cohetes a lanzarse desde Marte

El concepto de este artista representa a los astronautas y los hábitats humanos en Marte. El rover Mars 2020 de la NASA llevará una serie de tecnologías que podrían hacer que Marte sea más seguro y más fácil de explorar para los humanos. Crédito: NASA

NASAEl rover Perseverance lleva un dispositivo para convertir el aire marciano en oxígeno que, si se produce a mayor escala, podría usarse no solo para respirar, sino también como combustible.

Una de las cosas más difíciles de enviar astronautas a marzo los llevará a casa. El lanzamiento de un cohete desde la superficie del Planeta Rojo requerirá cantidades industriales de oxígeno, una parte crucial del propulsor: una tripulación de cuatro personas necesitaría alrededor de 55,000 libras (25 toneladas métricas) para producir un empuje de 15,000 libras (7 toneladas métricas). de combustible para cohetes.

Eso es mucho propulsor. Pero en lugar de enviar todo ese oxígeno, ¿qué pasaría si la tripulación pudiera salir del aire (marciano)? Un generador de oxígeno de primera generación a bordo del rover Perseverance de la NASA probará la tecnología para hacer exactamente eso.

Los ingenieros reducen a MOXIE a la perseverancia

Los ingenieros bajan el MOXIE al interior del vehículo Perseverance de la NASA. Crédito: NASA / JPL-Caltech

El Experimento de utilización de recursos in situ de oxígeno de Marte, o MOXIE, es un instrumento experimental que se distingue de la ciencia primaria de Perseverance. Uno de los propósitos principales del rover es capturar muestras de rocas retornables que podrían tener signos de vida microbiana antigua. Si bien Perseverance tiene un conjunto de instrumentos orientados a ayudar a lograr ese objetivo, MOXIE se centra únicamente en la ingeniería requerida para futuros esfuerzos de exploración humana.

Desde los albores de la era espacial, los investigadores han hablado sobre la utilización de recursos in situ, o ISRU. Piense en ello como vivir de la tierra y utilizar lo que está disponible en el entorno local. Eso incluye cosas como encontrar hielo de agua que podría derretirse para usar o refugiarse en cuevas, pero también generar oxígeno para combustible de cohetes y, por supuesto, respirar.

Respirar es solo un beneficio secundario del verdadero objetivo de MOXIE, dijo Michael Hecht del Instituto de Tecnología de Massachusetts, el investigador principal del instrumento. El propulsor de cohetes es el recurso consumible más pesado que necesitarán los astronautas, por lo que poder producir oxígeno en su destino haría que el primer viaje con tripulación a Marte sea más fácil, seguro y económico.

“Lo que la gente suele preguntarme es si MOXIE se está desarrollando para que los astronautas tengan algo para respirar”, dijo Hecht. «Pero los cohetes respiran cientos de veces más oxígeno que las personas».

MOXIE

Una ilustración de MOXIE y sus componentes. Una bomba de aire extrae gas de dióxido de carbono de la atmósfera marciana, que luego se regula y se alimenta al electrolizador de óxido sólido (SOXE), donde se divide electroquímicamente para producir oxígeno puro. Crédito: NASA / JPL-Caltech

Hacer oxígeno requiere calor

La atmósfera de Marte plantea un gran desafío para la vida humana y la producción de propulsores de cohetes. Tiene solo un 1% del espesor de la atmósfera terrestre y un 95% de dióxido de carbono.

MOXIE aspira ese aire con una bomba, luego usa un proceso electroquímico para separar dos átomos de oxígeno de cada molécula de dióxido de carbono o CO2. A medida que los gases fluyen a través del sistema, se analizan para verificar cuánto oxígeno se ha producido, qué tan puro es y qué tan eficientemente está funcionando el sistema. Todos los gases vuelven a la atmósfera después de que se realiza cada experimento.

Alimentar esta conversión electroquímica requiere mucho calor, alrededor de 1470 grados Fahrenheit (800 grados Celsius). Debido a esas altas temperaturas, MOXIE, que es un poco más grande que una tostadora, presenta una variedad de materiales tolerantes al calor. Las piezas especiales de aleación de níquel impresas en 3D ayudan a distribuir el calor dentro del instrumento, mientras que el aislamiento superligero llamado aerogel minimiza la energía necesaria para mantenerlo a las temperaturas de funcionamiento. El exterior de MOXIE está recubierto de una fina capa de oro, que es un excelente reflector del calor infrarrojo y evita que esas abrasadoras temperaturas se irradien a otras partes de Perseverance.

«MOXIE está diseñado para producir entre 6 y 10 gramos de oxígeno por hora, lo suficiente para que un perro pequeño respire», dijo Asad Aboobaker, ingeniero de sistemas MOXIE en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California. «Un sistema a gran escala diseñado para fabricar (propulsor para el vuelo a casa) necesitaría aumentar la producción de oxígeno en unas 200 veces lo que creará MOXIE».

El ingeniero de MOXIE Asad Aboobaker de JPL explica cómo funciona el instrumento en esta entrevista en video. Crédito: NASA / JPL-Caltech

Los futuros marcianos

Hecht estima que un sistema MOXIE a gran escala en Marte podría ser un poco más grande que una estufa doméstica y pesar alrededor de 2.200 libras (1.000 kilogramos), casi tanto como la propia Perseverancia. Se está trabajando para desarrollar un prototipo para uno en un futuro próximo.

El equipo espera ejecutar MOXIE unas 10 veces en el transcurso de un año en Marte (dos años terrestres), lo que les permitirá ver qué tan bien funciona en diferentes estaciones. Los resultados informarán el diseño de futuros generadores de oxígeno.

«El compromiso de desarrollar MOXIE muestra que la NASA se toma en serio esto», dijo Hecht. “MOXIE no es la respuesta completa, pero es una pieza fundamental. Si tiene éxito, demostrará que los futuros astronautas pueden confiar en esta tecnología para ayudarlos a regresar a casa a salvo desde Marte ”.

Más sobre la misión

Un objetivo clave de la misión de Perseverance en Marte es la astrobiología, incluida la búsqueda de signos de vida microbiana antigua. El rover caracterizará la geología del planeta y el clima pasado, allanará el camino para la exploración humana del Planeta Rojo y será la primera misión en recolectar y almacenar rocas y regolitos marcianos (rocas y polvo rotos).

Las misiones posteriores, actualmente bajo consideración por la NASA en cooperación con la ESA (la Agencia Espacial Europea), enviarían naves espaciales a Marte para recolectar estas muestras almacenadas en caché de la superficie y devolverlas a la Tierra para un análisis en profundidad.

La misión Mars 2020 es parte de un programa más amplio que incluye misiones a la Luna como una forma de prepararse para la exploración humana del Planeta Rojo. Encargada de devolver astronautas a la Luna para 2024, la NASA establecerá una presencia humana sostenida en la Luna y sus alrededores para 2028 a través de los planes de exploración lunar Artemis de la NASA.

JPL, que es administrado por la NASA por Caltech en Pasadena, California, construyó y administra las operaciones del rover Perseverance.