[科普中国]-NASA计划在火星表面制造氧气供给人类使用

据国外媒体报道，目前，美国宇航局制定一项新计划，克服未来殖民火星的一个最大障碍。美国宇航局代理局长罗伯特·莱特福特（RobertLightfoot）称，美国宇航局计划在火星2020任务中着陆一辆登陆车，利用火星大气层制造氧气，这项计划包括：将微生物带到火星表面，使用美国麻省理工学院研制的MOXIE设备，通过微生物制造氧气，并将这些氧气供给人类呼吸。莱特福特说：“‘火星2020’作为下一个火星登陆车，将进行一项实验，我们将尝试从火星大气层中产生氧气，显然这将有助于人类在火星表面生存下来。”据悉，美国宇航局于2014年首次提出这项计划，当时该机构还首次公布了“火星2020”登陆车方案。“MOXIE”是火星氧气原位资源利用实验的简称，是从世界各地研究小组提交的58份提案中挑选出来的，这一实验是一个反转燃料电池利用过程，需要从地球向火星运送微生物，例如：细菌或者藻类。之后微生物抵达火星，将使用火星封作为燃料释放氧气，这些氧气进行采集，并用于呼吸。同时，这些氧气能以液氧形式进行存储，作为探测器返回地球的火箭燃料，从而抵消了人类返回地球的最大一项成本开支。目前，麻省理工学院与美国宇航局喷气推进实验室进行合作，共同设计MOXIE设备，它在火星表面的任务架构和计划操作方面处于技术领先地位，而美国宇航局将负责设计和开发有效载荷。在典型的燃料电池中，燃料与氧化剂（通常是氧）放在一起加热，制造出电能。然而，在这种反向燃料电池中，由一个单独机器产生的电能将与火星空气中的二氧化碳结合制造出氧气和二氧化碳，这一过程叫做“固体氧化物电解”。美国麻省理工学院哈伊斯塔克天文台MOXIE设备首席调查员迈克尔·赫克特（MichaelHecht）说：“在地球上这是一种非常奇特的燃料电池制造方法，但在火星表面，如果你希望运行一台机器设备，火星环境是没有氧气的。未来我们在火星表面运行的75%以上机器设备需要氧气。”实验室实验已证实这是可能的，并且如果MOXIE设备被证实能够在火星表面正常运行，这样的系统之后会在更大的范围内引入，供给人类呼吸，以及燃料补给往返于两颗星球之间。赫克特描述了人类往返火星的一项长期计划，其中包括：发送火星表面一个小型核反应堆，以及一个放大比例的MOXIE设备。在几年时间里，火星表面的氧气罐将被注满，便于登陆火星的人类宇航员使用，赫克特说：“一旦宇航员们登陆火星，他们有自己的动力源，以及燃料，同时任务设备已准备就绪，这就是我们要做的。”这项计划是火星环境地球化改造的早期替代方案，如果有可能的话，火星环境地球化改造需要数千年才能完成。火星大气层比地球大气层更稀薄，氧气含量只有0.13%，然而地球大气层是由21%氧气和78%氮气构成，剩余成分95.32%是二氧化碳，1.6%是氩，以及其它微量成分。虽然抵达火星一直都是一项艰巨任务，但是火星大气障碍更是人类未来需要面对的真正挑战。目前，美国宇航局和SpaceX公司并不认为抵达火星就是象征性的胜利，而是希望更进一步地研究火星，并使用火星作为未来太空探索的起点，甚至作为一种方法更多地了解我们人类。莱特福特说：“我们试着进一步确认什么时候进行太空科学任务或者人类太空飞行任务，这将是人类探索和科学研究的一个交际点。”他强调称，这只能通过循序渐进的步骤和一些小胜利来实现，意味着我们必须进入太空学习更多的知识。目前，我们已登陆月球，并建造了国际空间站，当人们规划未来太空计划（例如火星旅行），我们将尽可能地使用国际空间站，它将成为我们的生命维持系统，我们将在那里进行测试。上周，美国宇航局宣称，在2020火星任务中将使用包括高科技X射线等技术搜寻潜在的火星微生物。这些开拓性技术将帮助专家们发现火星生命的“生物特征”，帮助他们绘制火星邮票大小区域的高分辨率地图，之前这些设备用于搜寻地球最早期生命迹象，例如：深海、热液喷口和海底山脊等。这项任务不仅可搜寻远古火星潜在的生命宜居证据，还能搜寻火星远古微生物存在迹象。寻找地球上最古老生命证据的新方法已导致生物特征识别能力的飞跃发展，专家们将使用X射线荧光光谱仪和拉曼光谱法，记录分子中的振动情况，从而绘制岩石中的元素、矿物和有机化合物。·编辑：p_xiaojtan