Одним из важнейших экспериментов Perseverance было преобразование части тонкой, богатой углекислым газом атмосферы Красной планеты в кислород. Экспериментальный прибор размером с тостер на борту Perseverance под названием Mars Oxygen In-situ Resource Utilization Experiment (MOXIE) выполнил эту задачу. Испытания прошли 20 апреля, в 60-й марсианский день.
Хотя демонстрация технологий только начинается, она может проложить путь к тому, чтобы научная фантастика стала научным фактом — изоляция и хранение кислорода на Марсе для помощи ракетам, способным поднимать астронавтов с поверхности планеты. Такие устройства также могут однажды обеспечить самих астронавтов пригодным для дыхания воздухом. MOXIE — это исследовательская технология, как и метеостанция Mars Environmental Dynamics Analyzer (MEDA), и спонсируется Управлением космических технологий NASA (STMD) и Управлением миссий по исследованию и эксплуатации человека.
После двухчасового прогрева MOXIE начала производить кислород со скоростью 6 граммов в час. Значение было уменьшено в два раза во время цикла (обозначено как "текущие развертки"), чтобы оценить состояние прибора. После часа работы общее количество произведенного кислорода составило около 5,4 грамма, чего достаточно, чтобы космонавт оставался здоровым в течение примерно 10 минут нормальной активности.
По словам главного исследователя MOXIE, Майкла Хехта из обсерватории Haystack Массачусетского технологического института, кислород является ключевым фактором для ракет и астронавтов.
Чтобы сжечь топливо, ракета должна иметь больше кислорода по весу. Чтобы спустить четырех астронавтов с поверхности Марса в будущую миссию, потребуется примерно 7 тонн ракетного топлива и 25 тонн кислорода. Напротив, астронавтам, живущим и работающим на Марсе, для дыхания потребуется гораздо меньше кислорода. Астронавты, которые проводят на поверхности год, возможно, будут использовать одну метрическую тонну.
Транспортировка 25 тонн кислорода с Земли на Марс будет сложной задачей. Транспортировка кислородного конвертера весом в одну тонну - более крупного и мощного потомка MOXIE, способного производить эти 25 тонн — была бы гораздо более экономичной и практичной.
Атмосфера Марса на 96% состоит из углекислого газа. MOXIE работает, отделяя атомы кислорода от молекул углекислого газа, которые состоят из одного атома углерода и двух атомов кислорода. В марсианскую атмосферу выбрасывается остаточный продукт — окись углерода.
Процесс преобразования требует высоких уровней тепла, чтобы достичь температуры примерно 800 по Цельсию. Для этого блок MOXIE изготовлен из термостойких материалов. К ним относятся детали из никелевого сплава , напечатанные на 3D-принтере , которые нагревают и охлаждают проходящие через него газы, а также легкий аэрогель, который помогает удерживать тепло. Тонкое золотое покрытие на внешней стороне MOXIE отражает инфракрасное тепло, не позволяя ему излучаться наружу и потенциально повредить другие части Perseverance.
Эта демонстрация технологии была разработана для обеспечения того, чтобы прибор пережил запуск с Земли, почти семимесячное путешествие в глубокий космос и приземление с помощью Perseverance 18 февраля. Ожидается, что MOXIE извлечет кислород еще как минимум девять раз в течение Марсианский год (почти два года на Земле).
Эти процессы производства кислорода будут состоять из трех этапов. На первом этапе будет проверяться и охарактеризоваться функция прибора, а на втором этапе прибор будет работать в различных атмосферных условиях, например, в разное время суток и сезоны. На третьем этапе, исследователи опробуют новые режимы работы.