Эксперимент MOXIE на марсоходе Perseverance¶

Эксперимент MOXIE — научно-технический эксперимент по производству кислорода из марсианской атмосферы, проведённый на борту марсохода NASA Perseverance. Аббревиатура MOXIE расшифровывается как Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment («Эксперимент по использованию марсианских ресурсов для получения кислорода»). Устройство стало первой установкой, продемонстрировавшей в реальных условиях другой планеты технологию преобразования местного сырья в пригодный для дыхания газ, что считается ключевым шагом для будущих пилотируемых миссий.

¶Контекст и цели

Атмосфера Марса состоит примерно на 96 % из углекислого газа (CO₂), а содержание кислорода не превышает 0,13 %. Доставка кислорода с Земли для длительных экспедиций крайне затратна: по оценкам специалистов, для возвращения экипажа с поверхности Марса потребовалось бы около 30 тонн кислорода, что делает логистику практически нецелесообразной. В связи с этим NASA включило в программу марсохода Perseverance (запущен в июле 2020 года, посадка в кратер Езеро 18 февраля 2021 года) демонстрационный эксперимент MOXIE, призванный проверить возможность получения кислорода непосредственно на месте — технологию, известную как использование ресурсов на месте (ISRU).

¶Устройство и принцип работы

MOXIE размещён в передней части марсохода и представляет собой блок размером примерно с автомобильный аккумулятор, массой около 17 кг. Аппарат работает по принципу высокотемпературного электролиза твёрдого оксида:

• Встроенный компрессор засасывает марсианский воздух и очищает его от пыли и примесей.
• Газ нагревается до температуры около 800 °C в камере с керамическими элементами из оксида циркония.
• Под действием электрического тока молекулы CO₂ разделяются на атомы углерода и кислорода.
• Ионы кислорода проходят через керамическую мембрану и соединяются в молекулы O₂, тогда как угарный газ (CO) выбрасывается обратно в атмосферу.

Полученный кислород анализируется датчиками на чистоту и объём, после чего выбрасывается наружу. Устройство рассчитано на работу циклами по 1–2 часа, поскольку требует значительной энергии (около 300 Вт) и выделяет много тепла.

¶Ход эксперимента и результаты

Первое включение MOXIE состоялось 20 апреля 2021 года. Установка произвела около 5,4 грамма кислорода за час работы, что подтвердило работоспособность технологии в условиях марсианского давления (около 1 % земного) и температуры. В течение последующих двух лет эксперимент проводился многократно, в разные сезоны и время суток, что позволило оценить влияние перепадов температур и запылённости атмосферы.

К августу 2022 года суммарная выработка кислорода превысила 50 граммов. В ходе испытаний аппарат достигал производительности до 10 граммов в час, что близко к проектным показателям. По заявлению команды эксперимента, лучший результат за один цикл составил около 10,5 грамма. Всего за время работы, завершившейся в сентябре 2023 года, MOXIE произвёл более 122 граммов кислорода — примерно столько, сколько взрослый человек вдыхает за несколько часов. Эксперимент официально признан успешным: технология подтвердила стабильность, а данные о деградации материалов позволили спроектировать более крупные установки.

¶Значение для будущих миссий

Успех MOXIE заложил основу для проектирования промышленных генераторов кислорода, которые планируется отправлять на Марс в рамках программы Artemis и последующих экспедиций. По расчётам инженеров, аппарат, масштабированный в 100 раз (примерно до тонны), сможет производить до 2 кг кислорода в час, обеспечивая дыхание экипажа и окислитель для ракетного топлива. Кроме того, технология электролиза твёрдого оксида рассматривается как перспективная для получения кислорода из реголита Луны и атмосферы Венеры.

¶Критика и ограничения

Некоторые специалисты отмечают, что MOXIE является лишь демонстратором, а не готовым к эксплуатации устройством. Его низкая производительность (менее 1 % от потребностей будущего поселения) и высокое энергопотребление требуют создания отдельного ядерного или солнечного источника питания. Также остаётся открытым вопрос долговечности керамических элементов при длительной непрерывной работе. Тем не менее эксперимент подтвердил принципиальную осуществимость ISRU на Марсе, что ранее считалось лишь теоретической возможностью.

¶Источники

• Отчёт NASA о результатах эксперимента MOXIE (2021–2023).
• Материалы Лаборатории реактивного движения (JPL) о марсоходе Perseverance.
• Научные публикации в журналах Science Advances и Acta Astronautica.