Gli astronauti sulla stazione spaziale possono sembrare lontani, ma si trovano a sole 248 miglia dalla Terra: poco più del tratto da New York a Washington DC. Tutto ciò di cui hanno bisogno può essere consegnato in tempi relativamente brevi. Gli astronauti che visitano Marte non avranno un accesso così facile. La distanza media del pianeta rosso dalla Terra è di 140 milioni di chilometri.
Possiamo pianificare missioni di rifornimento, ma portare tutto con noi sarebbe costoso e poco pratico. Come Mark Watney in The Martian, anche gli esploratori dovranno vivere sulla terraferma.
Ci sono state molte proposte su come gli astronauti potrebbero produrre l’essenziale, ma fino a poco tempo fa nessuna tecnologia era stata testata sul campo. Ora, grazie a un macchinario chiamato MOXIE, costruito dal MIT e riposto sul rover Perseverance della NASA, possiamo dire definitivamente che gli esseri umani saranno in grado di produrre ossigeno su Marte.
In un articolo pubblicato questa settimana su Science Advances, i ricercatori affermano che sette esperimenti della durata di un’ora nel corso del 2021 dimostrano che MOXIE è in grado di convertire in modo affidabile l’anidride carbonica in ossigeno come fa un piccolo albero. Nei test condotti a varie temperature e pressioni, di giorno e di notte, d’inverno e d’estate, il robusto dispositivo ha inspirato costantemente l’atmosfera marziana ed espirato almeno sei grammi di ossigeno all’ora.
MOXIE compie la sua magia aspirando l’aria, filtrando la polvere, comprimendo e riscaldando i gas a 800 gradi Celsius. L’aria riscaldata passa attraverso uno strumento di elettrolisi a ossidi solidi che scinde il biossido di carbonio – che costituisce il 96% dell’atmosfera marziana – in ossigeno e monossido di carbonio. La macchina separa poi l’ossigeno ed espelle il monossido di carbonio, insieme ad altri gas, come scarico.
“Questa è la prima dimostrazione di come sia possibile utilizzare le risorse presenti sulla superficie di un altro corpo planetario e trasformarle chimicamente in qualcosa di utile per una missione umana”, ha dichiarato in un comunicato il vice ricercatore principale di MOXIE, Jeffrey Hoffman, professore di pratica presso il Dipartimento di Aeronautica e Astronautica del MIT.
Una “foresta” marziana
La dimostrazione è solo l’inizio. Una versione futura, delle dimensioni di un “piccolo congelatore”, produrrà ossigeno a un ritmo equivalente a diverse centinaia di alberi. Producendo circa tre chilogrammi di ossigeno all’ora per 26 mesi, la macchina potrebbe alimentare un serbatoio di stoccaggio per far respirare gli astronauti e contribuire a rifornire il loro viaggio verso casa.
Per arrivarci, la macchina dovrà dimostrare di essere in grado di funzionare senza interruzioni nel duro ambiente marziano, e avrà bisogno di una buona dose di energia.
“L’energia è l’area in cui ci aspettiamo di vedere i maggiori miglioramenti nel MOXIE in scala”, ha dichiarato a Singularity Hub il dottor Michael Hecht, direttore associato dell’Osservatorio Haystack del MIT e ricercatore principale del MOXIE.
“Su Perseverance usiamo fino a 300 watt per produrre circa 8 grammi all’ora di ossigeno, il che rappresenta un’efficienza non superiore al 10% rispetto alla quantità di energia elettrochimica effettivamente necessaria per separare la molecola di CO2. Sulla base di studi dettagliati, ci aspettiamo che il sistema su scala reale abbia un’efficienza del 90%”.
Alcuni di questi guadagni saranno dovuti al fatto che una macchina più grande può funzionare a pressioni più basse, risparmiando energia nella compressione, ha detto il dottor Hecht. Ma soprattutto grazie alle economie di scala: si possono produrre grammi o chilogrammi con la stessa elettronica, ad esempio.
Naturalmente, sarà necessaria una fonte di energia affidabile. Secondo il dottor Hecht, un reattore nucleare capace di circa 10 kilowatt (attualmente in fase di sviluppo da parte della NASA) dovrebbe essere sufficiente.
Il vantaggio del nucleare è l’affidabilità e la longevità. Il rover Opportunity della NASA, alimentato da pannelli solari, ha incontrato il suo destino quando una tempesta di polvere globale ha bloccato il sole. La fonte di energia nucleare di Perseverance, invece, è autonoma ed è destinata a durare 14 anni.
A proposito di tempeste di polvere, per una macchina che si guadagna da vivere aspirando aria, le tempeste globali che durano settimane o mesi sembrano nemici temibili. In effetti, come ci si aspetta che i filtri dell’aria a casa si intasino, lo stesso accadrà su Marte.
“Abbiamo studiato a fondo il filtraggio delle polveri e sembra essere uno di quei casi in cui la natura è gentile con noi. Le tempeste in sé non sono un problema quanto il costante apporto di polvere”, ha detto. “Ma fortunatamente la polvere non segue il flusso d’aria con la stessa facilità a quelle basse pressioni, quindi quasi tutta può essere eliminata con semplici deflettori che costringono l’aria a girare intorno agli angoli mentre viene aspirata nel sistema”.
Anche se alcune grandi domande hanno trovato risposta, il team intende continuare a testare MOXIE. Lo faranno funzionare al tramonto e all’alba, quando le temperature marziane oscillano più selvaggiamente, lo spingeranno a produrre più ossigeno e monitoreranno attentamente l’usura. Nel frattempo, sulla Terra, Oxeon, l’azienda che ha realizzato l’unità di elettrolisi, ha già costruito e testato un sistema 100 volte più grande.
Prossima fermata Marte?
Non è certo quanto presto avremo bisogno di un prodotto finito. La NASA ha in programma di lanciare quest’anno Artemis I, un trampolino di lancio verso la Luna e infine, si spera, verso Marte. Nel frattempo, la Cina ha messo gli occhi sul pianeta rosso e SpaceX si sta affrettando a completare il suo razzo per Marte. Le date previste per il lancio vanno dalla fine di questo decennio al 2030.
Da qui ad allora, dovremo risolvere molte sfide importanti. Ma capire come produrre l’aria per respirare e il carburante per il viaggio di ritorno è una grande incognita. “È quello che hanno fatto gli esploratori da sempre”, ha dichiarato Hoffman al Washington Post. “Scoprire quali risorse sono disponibili nel luogo in cui si sta andando e scoprire come utilizzarle”.
Image Credits: NASA
Articolo di Jason Dorrier, tradotto e adattato da Federico Baravalle e rinvenibile al link: https://singularityhub.com/2022/09/04/nasa-says-it-can-now-reliably-produce-a-trees-worth-of-oxygen-on-mars/
Article by Jason Dorrier, translated and adapted by Federico Baravalle and found at the link: https://singularityhub.com/2022/09/04/nasa-says-it-can-now-reliably-produce-a-trees-worth-of-oxygen-on-mars/
