Как вы «делаете кислород» на Марсе?

Чтобы быть несколько более конкретным, чем @geoff, который дал обзор MOXIE (эксперимент по использованию ресурсов Mars OXygen In situ), согласно краткому уведомлению в пресс-релизе НАСА , который сопровождал объявление научной полезной нагрузки марсохода Mars 2020:

Эксперимент Mars Oxygen ISRU (MOXIE) — исследовательская технология, которая будет производить кислород из марсианского атмосферного углекислого газа.

И макет предполагаемой компоновки этих объявленных научных экспериментов и оборудования:

^{Концептуальное изображение художника, на котором семь тщательно отобранных инструментов будут расположены на марсоходе NASA Mars 2020. Приборы будут проводить беспрецедентные исследования в области науки и технологий на Красной планете, как никогда раньше. Изображение предоставлено: НАСА .}

Более подробная информация будет медленно просачиваться в прессу по мере того, как детали будут определены в течение следующих нескольких лет, и действительно, SpaceRef только что опубликовала статью об этом (я предполагаю, что после телеконференции для СМИ, которая была запланирована через несколько часов после вчерашнего публичного объявления о научный пакет Mars 2020 Rover на NASA TV):

MOXIE — сокращение от Mars OXygen — эксперимент по использованию ресурсов на месте — был выбран из 58 предложений по приборам, представленных исследовательскими группами со всего мира. Эксперимент, запуск которого в настоящее время запланирован на лето 2020 года, представляет собой специализированный обратный топливный элемент, основной функцией которого является потребление электроэнергии для производства кислорода на Марсе, где атмосфера на 96 процентов состоит из углекислого газа. Если будет доказано, что она работает в миссии Mars 2020, система, подобная MOXIE, впоследствии может быть использована для производства кислорода в более крупных масштабах, как для поддержания жизни людей, путешествующих, так и для обеспечения жидкого кислорода, необходимого для сжигания ракетного топлива для возвращения. путешествие на Землю.

Подробнее о MOXIE в статье .

Так что этот эксперимент будет извлекать кислород из атмосферного углекислого газа, который составляет 96% марсианской атмосферы. И modus operandi для этого конкретного эксперимента, похоже, будет тем, что Википедия описывает как электролиз атмосферы , возможно, с использованием диоксида циркония в качестве катализатора:

См., например , Ячейки для электролиза диоксида циркония для получения кислорода из двуокиси углерода для приложений по использованию ресурсов Марса на месте . Дополнительное замечание, что монооксид углерода является просто продуктом непосредственной реакции, и, хотя его можно использовать в качестве топлива на Марсе , его также можно дополнительно восстановить с помощью катализаторов и дополнительной энергии в элементарный углерод и кислород или путем добавления водорода в ходе вторичной реакции Боша . к графиту и воде и так далее. Поскольку еще точно не известно, как MOXIE будет это делать и для чего будут использоваться продукты его реакции, я бы пока отложил дальнейшие суждения по этому поводу.

Конечно, есть и другие возможности извлечения кислорода на Марсе, например, из возможных карманов водяного льда, глубоко погруженных в его реголит, и использования электролиза для расщепления воды на кислород и водород, из сухого льда, который, как мы знаем, в изобилии существует в марсианском реголите и, как известно, из сухого льда. осадок над ним в полярных регионах, а затем с использованием тех же или подобных методов извлечения кислорода, которые будет использовать MOXIE, для перегрева и плавления окисленных минералов, ржавчины и металлической руды для высвобождения запертого в нем кислорода и так далее. Но для первых шагов извлечение его непосредственно из атмосферного CO ₂ кажется самым простым способом сделать это без необходимости использования целого грузовика техники, которую мы не можем себе позволить или пока не знаем, как это сделать. .

Есть много предполагаемых химических процессов, которые могут привести к использованию элементов, обычно встречающихся на Марсе, для создания более полезных вещей для людей.

Весь процесс смутно известен как использование ресурсов на месте (ISRU).

Эта ссылка в Википедии хорошо обобщает некоторые из возможных подходов.

Была отличная научно-фантастическая книга, в которой проблема рассматривалась как ряд последовательных химических процессов, где выход первого используется вторым, затем третьим, так что они получают полный цикл. Не могу найти ссылку. (Происходит авария на земле, начинается пожар, главный герой не может идти из-за повреждения легких).

Проще говоря: вы находите химическое вещество, состоящее из смеси кислорода и чего-то еще, а затем заставляете молекулы этого химического вещества отдавать свой кислород (и, таким образом, становиться чем-то другим).

• 2 H₂O можно расщепить до 2 H₂ + O₂ электролизом.
• CO₂ можно расщепить до C + O₂ с помощью крайне неэффективного электролиза или фотосинтеза.
• 2 CO₂ можно расщепить и рекомбинировать в 2 CO + O₂
• Гематит и оксид железа (оба являются распространенными) могут быть (при наличии достаточной энергии) расщеплены с выделением кислорода, в результате чего образуются железо и кислород.