Oxigéngyár a Marson
(Rovat: Emberes Mars-utazás? - 2017.11.16 07:15.)

A Marson bőven van oxigén, ám a majdani űrhajósok legnagyobb bánatára, szén-dioxid molekulákba zárva. Onnan kell kinyerni.

Újabb kísérletek szerint a Mars légkörének 96%-át alkotó szén-dioxid molekulákat plazmatechnikai módszerrel szén-monoxidra és oxigénre lehet hasítani, az így felszabaduló oxigént az űrhajósok belélegezhetik, de a gáz akár rakéta-üzemanyagként is hasznosítható. Legalábbis ezzel kísérletezik Vasco Guerra és csoportja a Lisszaboni Egyetemen.

Számításaik szerint szén-dioxid-plazma létrehozásával – vagyis a gáz elektromos árammal történő ionizálásával – a Marson könnyebben megvalósítható a folyamat, mint a Földön. Mivel a Marson a légnyomás eleve sokkal alacsonyabb, mint a Földön, a plazma létrehozásához nincs szükség a Földön alkalmazott vákuumszivattyúkra. Ezenkívül a –60 °C körüli hőmérséklet kifejezetten kedvező ahhoz, hogy felszakadjanak a szén- és oxigénatomok közötti kötések, illetve a dermesztő hideg megakadályozza, hogy a kötések újra létrejöjjenek.

Oxigénre vágyva. (Kép: Paul Harris / PacificCoastNews.com)

Mindez eddig csak elmélet, de Guerra és munkatársai elkészítettek egy kisméretű prototípust, amelyet a közel 25 órás marsi napokon napi 4 óra hosszat, 150–200 watt közötti teljesítménnyel működtettek. A tapasztalatok alapján úgy gondolják, hogy egy 100-szor nagyobb méretű berendezéssel naponta 8–16 kg oxigént lehetne előállítani. Jelenleg a Nemzetközi Űrállomáson naponta 2–5 kg oxigént használnak fel, vagyis az előbbi mennyiség egy kisebb kolónia ellátására elegendő lehet. A kutatók hangsúlyozzák, hogy berendezésük sokkal egyszerűbb működésű, mint a hasonló célra készült más eszközök, például az a MOXIE, amelyet a NASA 2020-as marsjáróján fognak kipróbálni (lásd részletesebben korábbi cikkeinkben). Maga a Mars 2020 a Curiosity klónja lesz, legalábbis ami a jármű felépítményét és a leszállás módját (égi daru) illeti.

A Sugárhajtás Laboratóriumában (JPL, Pasadena, Kalifornia) már épül a Mars 2020 szondát leszállító égi daru. (Kép: Dan Coatta / JPL)

A MOXIE fejlesztői természetesen a saját berendezésüket sokkal jobbnak tartják. Szerintük a plazmával működő berendezés fejlesztői nem oldották meg az oxigén egyéb gázoktól való szétválasztásának problémáját, márpedig – vélik – az ördög a részletekben bújik meg.

A MOXIE (Mars Oxygen ISRU Experiment, ahol az ISRU az in situ resource utilization, vagyis a helyi erőforrások helyszíni hasznosításának a rövidítése) a Mars 2020 rover hét műszerének egyike lesz. Fejlesztői elsősorban abban látják az oxigéntermelés hatékony módszere kikísérletezésének a jelentőségét, hogy a gázt a visszatérő rakéták hajtóműveiben oxidálószerként lehetne használni. A Mars-expedíciók előzetes tervei szerint a visszatérő egység Marsról felemelkedéséhez több mint 30 tonna oxigénre lenne szükség, viszont csupán ennek odajuttatásához 400 tonna többletterhet kellene Föld körüli pályára állítani. Ezért nagy jelentőségű annak tisztázása, elő lehet-e állítani ennyi oxigént a Marson. A MOXIE egy lehetséges marsi oxigéntermelő üzem 1%-ra kicsinyített modellje. A készülék a Marson 50 ottani napon keresztül működve óránként 22 gramm legalább 99,6%-os tisztaságú O₂-t lesz képes előállítani. Fejlesztői hangsúlyozzák, hogy a MOXIE több a technológia puszta demonstrálásánál, mert számos paraméter változtatásával optimalizálni lehet a berendezés működését.

A Mars 2020 marsjáróra kerülő MOXIE kísérlet felépítése. (Kép: NASA)

Számításaik szerint egy emberes Mars-expedíció a teljes nagyságú oxigéntermelő üzemet a berendezés és a visszatérő űrhajó Marsra érkezésétől mintegy 17 hónapon keresztül működtethetné. Eközben a berendezés kb. 12 kW elektromos teljesítmény felvétele mellett óránként 2,2 kg oxigént termelne. Így 17 hónap alatt 25–30 tonna oxigént lehetne előállítani. Ha ez sikerül, akkor lehetne eldönteni, hogy a következő indítási ablakban (vagyis 26 hónappal a berendezés és a visszatérő űrhajó indítása után) elindulhatnak-e az űrhajósok a Marsra. A teljes méretű berendezés óránként 8 kg marsi légkört dolgozna fel, ami a 7 mbar nyomást figyelembe véve kb. 0,14 m³/s-nak felel meg.