• Читателям
  • Авторам
  • Партнерам
  • Студентам
  • Библиотекам
  • Рекламодателям
  • Контакты
  • Язык: English version
884
Робот-дерево на Марсе – кислорода хватит для котенка
Технологии
Посадка Perseverance на Марс – взгляд художника. © NASA/JPL-Caltech

Робот-дерево на Марсе – кислорода хватит для котенка

18 февраля 2021 г. марсоход NASA Perseverance успешно совершил посадку на Красной планете и сейчас проходит тщательную проверку состояния своих «жизненно важных органов» перед тем, как перейти к реализации своей амбициозной и невероятно интересной научной программы. Один из самых весомых, затратных и рискованных компонентов «научной нагрузки» ровера – прибор MOXIE, или «робот-дерево»

«…Я застрял на Марсе. Я не могу связаться с «Гермесом» или Землей. Все считают меня мертвым. Я сижу в жилом модуле, рассчитанном на тридцать один день обитания. Если сломается оксигенатор, я задохнусь. Если регенератор воды – умру от жажды. Если в модуле появится дыра, я лопну. Если ничего этого не произойдет, в конце концов у меня кончится пища, и я умру от голода. В общем, я в заднице». Так записал в своем дневнике на шестой сол (марсианские сутки, которые на 40 минут длиннее земных) герой фантастического романа Энди Вейера «Марсианин». Оксигенатор – «здоровенная установка», производящая кислород, – сыграет огромную роль в его выживании на Красной планете.

Основной целью межпланетной американской миссии Perseverance («Настойчивость») являются поиски жизни на Марсе. Но у нее есть еще одна научная задача, не связанная непосредственно с главной, и такой эксперимент осуществляется впервые.

Атмосфера Марса примерно на 96 % состоит из углекислого газа, а содержание в ней кислорода не превышает 0,13 %. Для сравнения: содержание кислорода в земной атмосфере – 21 %

Марсоход Perseverance несет в себе «золотой ящичек Мокси» – блестящий, золотистого цвета прибор размером с автомобильный аккумулятор. Тот самый оксигенатор, о котором говорит герой романа «Марсианин», пусть с технической точки зрения это всего лишь прототип, а не полноценное устройство. MOXIE очень «весом» не только по своему значению, но и буквально: его вес составляет более 17 кг – треть массы всех научных приборов, доставленных Perseverance на Марс. И ему предстоит впервые произвести чистый кислород из углекислого газа марсианской атмосферы.

Мокси работает как растения на Земле: по сути, это – «робот-дерево». Он будет засасывать углекислый газ из марсианской атмосферы и «выдыхать» кислород – пока обратно в атмосферу, но со временем, возможно, в специальные накопители. Чистый кислород понадобится для отправки домой, на Землю, будущих марсианских миссий, ведь современное ракетное топливо на три четверти состоит из этого элемента.

Специалисты осторожно помещают прибор MOXIE внутрь марсохода Perseverance. © NASA/JPL-Caltech

При включении Мокси будет потреблять почти треть всей энергии марсохода и сильно разогреется. Для того, чтобы сам марсоход и другие устройства не пострадали, разработчики «обернули» его одним из самых надежных теплоизоляционных материалов. Ученые, создавшие прототип, уверены, что опыт и знания, полученные в полевых условиях, окупят все проектные затраты.

В течение следующего марсианского года (что эквивалентно двум земным годам) команда Мокси надеется запустить созданный ими прибор примерно десяток раз. Ожидается, что во время работы он будет производить 6–10 г кислорода в час. Этого хватило бы, скажем, для котенка (для сравнения: человеку для дыхания требуется около 30 г чистого кислорода в час), но количество в данном случае не играет роли, важен сам факт получения кислорода. Ведь основная цель эксперимента – показать, что технология способна работать в марсианских условиях. Как говорит руководитель команды М. Хехт из Массачусетского технологического института, «очень многое может работать в лаборатории, но не в полевых условиях, даже на Земле мы многократно проходили этот урок».

Марсоход Perseverance и вертолет Ingenuity – взгляд художника. © NASA/JPL-Caltech

Научная программа межпланетной американской миссии Perseverance включает несколько направлений. В первую очередь это поиски жизни на Марсе – задача, стоящая со времен первых марсоходов Viking, которые полетели на эту планету более сорока лет назад. Эксперименты, которые они провели, дали неожиданные и противоречивые результаты. В рамках еще действующей марсианской миссии Curiosity, предшественника Perseverance, эксперименты по поиску жизни также планировались, но провести их не удалось.
На марсоходе Perseverance установлен прибор с интригующим названием Sherlock (Шерлок). Он будет осуществлять забор образцов и хранить их у себя «за пазухой», пока не наступит время для их отправки на Землю. Для этого планируется очень сложная многоходовая комбинация, к выполнению которой приступят после 2025 г.
В ходе миссии Perseverance будет предпринята и первая попытка авиаперелета во внеземной атмосфере. Этим займется вертолет Ingenuity («Изобретательность») уже в ближайшем месяце. Ученым важно понять, насколько перспективно использовать на Марсе летательные устройства, или стоит ограничиться марсоходами. Пока что вертолет отделился от ровера и стоит на поверхности планеты

Главный повод для беспокойства – сможет ли Мокси выполнять свою функцию в изменчивых погодных условиях Марса, где температура может упасть на 80 °С после захода Солнца, что, естественно, очень сильно влияет на плотность воздуха. Более того, каждую зиму Марс теряет треть своей атмосферы: на полюсе становится настолько холодно, что углекислый газ осаждается на поверхность в виде сухого льда.

Ученым также нужно разобраться, каким образом лучше всего работать с Мокси. Прибор будет забирать себе всю электрическую энергию, которую сумеет сэкономить марсоход, и использовать ее для расщепления углекислого газа на окись углерода и кислород. По крайней мере, так должно быть в идеале. В реальности все может оказаться иначе: если действовать чересчур осторожно, то углекислый газ пройдет сквозь прибор без изменений, а если чересчур энергично – усердный Мокси может перестараться и отщепить оба атома кислорода сразу. Таким образом прибор может действительно сработать подобно дереву, выпуская кислород в атмосферу и оставляя себе углерод. Но так как Мокси не нужно отращивать себе ствол и ветки, он просто наполнится сажей, что будет очень неприятно. Произойдет так называемое коксование, или спекание угля – известная инженерам проблема.

Чтобы избежать коксования, в этой миссии специалисты будут управлять Мокси вручную: отслеживать, сколько прибор забирает углекислого газа, какое у него напряжение, насколько он разогревается. По словам Хехта, в будущих миссиях этими процессами должен будет управлять искусственный интеллект.

Производство сотен тонн кислорода, необходимого для вылета с Красной планеты, потребует Мокси огромного размера – в сотни раз превышающего нынешний прототип. И этому гиганту пришлось бы работать непрерывно на протяжении целого года. Работы по созданию оксигенаторов-прототипов следующего поколения уже идут полным ходом. Например, компания OxEon Energy из штата Юта, принимавшая участие в создании Мокси, уже тестирует прибор, который сможет производить около 1 кг кислорода в час.

Пока что команда Мокси сосредоточила внимание на менее масштабных задачах. После посадки Perseverance они проверили состояние прибора по связи и, несмотря на сбой в коммуникациях, получили ответный сигнал, свидетельствующий, что «золотой ящичек» пережил все трудности посадки. Ожидается, что прибор заработает через два-три месяца после посадки Perseverance. К этому времени будет завершена проверка технического состояния марсохода и произведен запуск вертолета, после чего техническая команда «передаст ключи» научным специалистам. Так что результатов работы первого марсианского оксигенатора будем ждать в мае-июне 2021 г.

Одна из первых 360-градусных панорам, сделанных марсоходом Perseverance. © NASA/JPL-Caltech/MSSS/ASU

Уже очень скоро Мокси «выдохнет» в атмосферу Марса первые граммы кислорода. Когда-то давно, больше 2,5 млрд лет назад, какие-то живые существа выпустили первые молекулы кислорода в земную атмосферу, которая тогда так же состояла в основном из углекислого газа. С этого началась великая кислородная трансформация воздушной оболочки планеты, названная «кислородной катастрофой», своего рода фазовый переход в развитии жизни на Земле, кардинальным образом изменивший даже рельеф поверхности на нашей планете. Ведь раньше на ней не было ни почвы, ни даже глины, только камни и песок. Это так похоже на сегодняшний Марс, который, кстати говоря, находится на краешке условной «зоны обитаемости» вокруг Солнца и постепенно, по мере разогрева нашей звезды, будет становиться все более пригодным для жизни.

Станет ли первый «выдох» Мокси маленьким шагом на пути кислородной трансформации марсианской атмосферы? Кто знает… Ведь мы летим на Марс в том числе и для того, чтобы лучше понять свое прошлое. И попытаться предсказать будущее.

Подготовила Алла Кобкова

Понравилось? Поделись с друзьями!

Подпишись на еженедельную e-mail рассылку!