火星氧氣原位資源利用實驗

火星氧氣原位資源利用實驗（英語：Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment^[1]，簡稱：MOXIE）是毅力號火星車所搭載的科學儀器進行的一個技術演示（英语：Technology demonstration），旨在測試在火星上製造氧氣的可行性^[2]。2021年4月20日，MOXIE利用固態氧化物電解電池將火星的二氧化碳轉換為氧氣。此次實驗首次把另一顆行星上的天然資源提取出來供人類使用^[3][4]。MOXIE技術可能最終被廣泛地用於生產載人火星任務所需要的氧氣，氧化劑，裝藥和水（將製成的氧和氫結合）^[5]。

火星氧氣原位資源利用實驗儀

這項實驗由麻省理工學院，海斯塔克天文台，NASA/加州理工學院噴氣推進實驗室以及其他機構協同設計。

目標

 

MOXIE示意圖

MOXIE實驗的目標是以每小時6–10克的速度製成純度為98%的氧，頻率為每個晝夜至少十次，不分季節，儘可能不受火星沙塵暴的影響^[1]。

工作原理

MOXIE通過高效濾網獲取火星大氣成分，並採用渦旋壓縮機（英语：Scroll compressor）對其進行壓縮，然後用加熱設備加熱，此外還要隔熱^[6]。接著利用固態氧化物電解將二氧化碳分子分解成氧（O）和一氧化碳（CO），氧原子O再結合構成氣態氧O
2^[7]。轉換過程需要800 °C左右的溫度^[8]。

淨反應為：2CO
2 ${\displaystyle \longrightarrow }$  2CO + O
2

火星實驗

 

MOXIE首次實驗數據圖

MOXIE首次實驗於2021年4月20日獲得成功，實驗地點是在耶澤羅撞擊坑。MOXIE每小時生產5.37克的氧氣，相當於火星上的宇航員呼吸10分鐘所需要的氧氣量^[9]。MOXIE每小時可以安全地製造10克以下的氧^[10][8]，在理論上每小時至多可生產12克氧氣^[6]。

MOXIE將在一個火星年（約等於兩個地球年）的時間內進行九次後續製氧實驗。一共分成三個階段：第一階段：進一步對製氧進行測試。第二階段：在日間不同時刻，不同季節和不同大氣狀況下對儀器進行測試。第三階段：在不同的氣溫下進行製氧，通過改變操作模式來檢驗生產結果上的差異^[8]。

意義

NASA官員指出如果MOXIE能夠高效運作，他們將有可能把體積200倍大的基於MOXIE的儀器，連同一個25–30千瓦（34–40 hp）的發電站送往火星。在大約一個地球年的時間內，這樣的系統可以每小時生產至少兩千克的氧氣，以支援2030年代左右的載人火星任務^[11][12]。

參考資料

1. Hecht, M.; Hoffman, J.; Rapp, D.; McClean, J.; SooHoo, J.; Schaefer, R.; Aboobaker, A.; Mellstrom, J.; Hartvigsen, J.; Meyen, F.; Hinterman, E. Mars Oxygen ISRU Experiment (MOXIE). Space Science Reviews. 2021-01-06, 217 (1): 9 [2021-04-23]. Bibcode:2021SSRv..217....9H. ISSN 1572-9672. doi:10.1007/s11214-020-00782-8. （原始内容于2021-04-24） （英语）. 
2. Beutel, Allard. NASA Announces Mars 2020 Rover Payload to Explore the Red Planet. NASA. 2015-04-15 [2021-02-25]. （原始内容于2021-04-23）. 
3. Hecht, M.; Hoffman, J.; Rapp, D.; McClean, J.; SooHoo, J.; Schaefer, R.; Aboobaker, A.; Mellstrom, J.; Hartvigsen, J.; Meyen, F.; Hinterman, E. Mars Oxygen ISRU Experiment (MOXIE). Space Science Reviews. 2021-01-06, 217 (1): 9 [2021-04-23]. Bibcode:2021SSRv..217....9H. ISSN 1572-9672. doi:10.1007/s11214-020-00782-8. （原始内容于2021-04-24） （英语）. 
4. Nasa device extracts breathable oxygen from thin Martian air. The Irish Times. [2021-04-22]. （原始内容于2021-04-23） （英语）. 
5. Potter, Sean. NASA's Perseverance Mars Rover Extracts First Oxygen from Red Planet. NASA. 2021-04-21 [2021-04-22]. （原始内容于2021-04-22）. 
6. Hecht, M.; Hoffman, J.; Rapp, D.; McClean, J.; SooHoo, J.; Schaefer, R.; Aboobaker, A.; Mellstrom, J.; Hartvigsen, J.; Meyen, F.; Hinterman, E. Mars Oxygen ISRU Experiment (MOXIE). Space Science Reviews. 2021-01-06, 217 (1): 9 [2021-04-23]. Bibcode:2021SSRv..217....9H. ISSN 1572-9672. doi:10.1007/s11214-020-00782-8. （原始内容于2021-04-24） （英语）. 
7. Game Changing Development The Mars Oxygen ISRU Experiment (MOXIE) (PDF). 美国国家航空航天局. [2021-04-22]. （原始内容 (PDF)于2020-12-03）. 
8. Potter, Sean. NASA's Perseverance Mars Rover Extracts First Oxygen from Red Planet. NASA. 2021-04-21 [2021-04-22]. （原始内容于2021-04-22）. 
9. Potter, Sean. NASA's Perseverance Mars Rover Extracts First Oxygen from Red Planet. NASA. 2021-04-21 [2021-04-23]. （原始内容于2021-04-22）. 
10. Aboard NASA's Perseverance rover, MOXIE creates oxygen on Mars. MIT News | Massachusetts Institute of Technology. [2021-04-22]. （原始内容于2021-04-21） （英语）. 
11. The Mars Oxygen ISRU Experiment (MOXIE) （页面存档备份，存于互联网档案馆） PDF. Presentation: MARS 2020 Mission and Instruments". November 6, 2014.
12. Maxey, Kyle. Can Oxygen Be Produced on Mars? MOXIE Will Find Out. Engineering.com. August 5, 2014 [2014-11-05]. （原始内容于2018-08-12）. 

外部連結

• 火星2020主頁 （页面存档备份，存于互联网档案馆）

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