Iltfabrik til bemandede missioner på Mars består første store test

Den lille iltfabrik MOXIE, der minder om en mikroovn i størrelse, har siden NASA's stort anlagte Perseverance Mission landede på Mars i februar sidste år, skullet bevise, at iltproduktion på Mars er muligt.

For med både støvstorme, temperaturer på ned til minus 140 grader Celsius, høj G-påvirkning og en tur igennem rummet, har forskerne fra bl.a. Københavns Universitet været spændte på om designet af MOXIE (Mars OXygen In situ resource utilization Experiment) har været godt nok.

Men det lader alt til. For indtil nu har MOXIE produceret 50 gram ilt på Mars' iltfattige overflade. Lige nok til at holde en astronaut i live i halvanden time.

Og det er gode nyheder for NASA's planer om at sende mennesker til Mars i 2040'erne ifølge lektor og astrofysiker Morten Bo Madsen fra Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet, som har været med på det videnskabelige hold bag MOXIE siden 2013.

"MOXIE har overlevet de kraftige rystelser under både opsendelsen og landingen og har nu bevist, at den kan producere ilt ved faststofelektrolyse direkte fra Mars' atmosfære og fungere i det til tider fjendtlige miljø på planeten. Vi er også blevet en del klogere på, hvordan driften af MOXIE vil kunne optimeres, og hvordan den vil kunne bygges større, så den kan producere ilt nok til bemandede missioner, og det er et stort skridt fremad," siger Morten Bo Madsen.

Erfaringerne fra de første tests af MOXIE er netop udgivet i det videnskabelige tidsskrift Science Advances. Link til PDF. 

Astronauter skal kunne trække vejret og komme hjem igen

I Mars' atmosfære er der blot 0,13 procent ilt, mens 95 procent består af kuldioxid. Og netop kuldioxiden er den ingrediens, som MOXIE suger ud af atmosfæren og ind i det, som Morten Bo Madsen kalder "hjertet af maskinen" - en slags omvendt brændselscelle.

Her splitter MOXIE kuldioxidmolekylerne fra hinanden, som i forvejen består af et kulstofatom og to iltatomer og lagrer ilten. Den proces kræver energi, som MOXIE får fra et relativt stort genopladeligt batteri. Men til bemandede missioner skal der langt større energikilder i spil.

"Der skal produceres 3000 gram ilt i timen non-stop i 14 måneder i træk for, at seks astronauter skal kunne bo på en base, udforske planeten og ikke mindst for, at de kan forlade den igen. Her er det muligt at bruge et lille kernekraftværk, som dem der sidder i ubåde, til at forsyne en stor udgave af MOXIE med energi. Et andet alternativ, som NASA ser på, er udviklingen af mere avancerede enheder, som vil kunne omdanne varme fra radioaktive kilder til elektricitet, såkaldte 'kilopower reactors'," forklarer Morten Bo Madsen.

Den større "fabriks-"udgave af MOXIE bliver ifølge forskeren formentlig en til to kubikmeter i størrelse og skal flyves til Mars og sættes i drift mindst 26 måneder, før astronauterne sendes fra Jorden. For iltfabrikken giver ikke kun astronauterne ilt til at kunne bo på Mars, den gør også, at de kan komme væk fra planeten og hjem til Jorden igen, når missionen er slut.

"Det er planen, at maskinen på forhånd skal producere al den ilt, som astronauterne skal bruge på missionen, så vi inden, de forlader Jorden, ved, at de kan leve på Mars og komme hjem igen. Det er suverænt det mest økonomiske, at kunne producere ilten på Mars, fremfor at medbringe den fra Jorden," fortæller Morten Bo Madsen.

MOXIE-teknologi kan bruges i den grønne omstilling

MOXIE eksperimentet er en eksempel på en blandt flere teknologier, som ifølge Morten Bo Madsen vil kunne bruges i den grønne omstilling.

"Teknologien til at indfange CO2 fra atmosfæren vil også kunne anvendes nede på Jorden til at konvertere elektrisk energi fra vindmøller og solceller til kemisk energi, som enten vil kunne konverteres tilbage til elektrisk energi, når der er et behov eller som udgangspunkt for fremstilling af flydende brændstoffer til fly, skibe og andre transportmidler," siger forskeren.

Både på DTU Energy og hos virksomheden Topsøe arbejdes der på udviklingen af disse teknologier til at fremme den grønne omstilling.

Forskerne skal nu fortsætte med at teste MOXIE i alle de tænkelige scenarier, som en tilværelse på Mars byder på - inklusive forhåbentlig en støvstorm - og analysere de data, som de får tilbage fra Roveren, Perseverance, som er det Mars-køretøj, som iltmaskinen er bygget ind i.