Марсоход Perseverance выполнил первый эксперимент по выработке кислорода из марсианской атмосферы. Задача выполнена с помощью специального конвертера MOXIE, ключевую роль в котором играют 3D-печатные теплообменники. Рассказываем, как это работает и зачем это нужно.

На прошлой неделе ровер Perseverance, недавно прибывший на Марс, провел пару интересных экспериментов. В понедельник, 19 апреля, марсоход произвел высадку миниатюрного беспилотника-вертолета Ingenuity и помог с передачей телеметрии для управления первым полетом в марсианской атмосфере. На текущий момент дрон на солнечных батареях совершил уже три успешных полета. На следующий день состоялся не менее примечательный опыт: марсоход сумел добыть кислород из атмосферы при помощи прибора под названием MOXIE (Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment) с напечатанными на 3D-принтере деталями.

Когда на Марс прибудут первые исследователи, им придется так или иначе пополнять запасы кислорода на месте, принимая в счет возможные утечки, неполную регенерацию воздуха и необходимость в окислителе для полетов обратно на Землю. На первых порах, пока не будет создана необходимая инфраструктура и не начнется полноценная колонизация, главная проблема будет заключаться именно в топливе.

Как поясняет Майкл Хект, руководитель проекта MOXIE и заместитель директора обсерватории Хейстек Массачусетского технологического института (MIT), за год пребывания на поверхности четверо марсонавтов используют около одной тонны кислорода, но для возвращения экипажа домой потребуются уже примерно семь тонн топлива и двадцать пять тонн окислителя. Эти двадцать пять тонн можно привезти с собой, но такой подход значительно усложняет задачу. Проще и экономичнее захватить с собой оборудование массой всего в одну тонну, способное добывать окислитель в необходимых объемах прямо на месте. Суть исследовательского проекта MOXIE как раз заключается в отработке процесса в различных атмосферных условиях — при разных температурах, освещенности, перепадах давления и так далее. Собранные данные помогут сконструировать уже «промышленную» установку.

Принцип получения кислорода из разряженной атмосферы, почти целиком состоящей из углекислого газа, основан на сжатии и электролитическом расщеплении того самого углекислого газа на угарный газ и атомарный кислород в присутствии катализаторов и при высоких температурах, достигающих 800°С. Ключевую роль в процессе играют теплообменники из жаропрочного никелевого сплава (образец на иллюстрации выше), изготовленные на лазерном порошковом 3D-принтере EOS M290 сотрудниками Лаборатории реактивного движения NASA (JPL). Благодаря аддитивным технологиям удалось получить цельные изделия сложной формы без необходимости в сварке компонентов. Теплообменники окружены теплоизолирующим аэрогелем и обернуты золотой фольгой, защищающей остальные компоненты ровера от интенсивного инфракрасного излучения.

В ходе первого опыта получены скромные 5,4 грамма кислорода — этого хватит для дыхания одного марсонавта в течение примерно десяти минут. Максимальная производительность MOXIE достигает десяти грамм в час, а полноценный конвертер сможет вырабатывать за тот же период времени уже около двух-трех килограмм.

«MOXIE сконструирован с расчетом на выработку от шести до десяти грамм кислорода в час — этого примерно достаточно для бесперебойного дыхания маленькой собачки. Полноценная система, настроенная на производство топливного окислителя, сможет вырабатывать где-то в двести раз больше кислорода, чем MOXIE», — поясняет один из создателей прибора, системный инженер Асад Абубейкер.

В общей сложности NASA планирует провести десять экспериментов по выработке кислорода на протяжении одного марсианского года или почти двух земных лет, чтобы проверить работу оборудования в разных сезонных условиях. Всего в конструкции марсохода Perseverance использованы одиннадцать 3D-печатных компонентов, из них шесть приходятся на проект MOXIE.

В ролике ниже об устройстве аппарата и целях проекта рассказывает Асад Абубейкер:

Источник