毅力号在火星制造氧气，每小时生产5克启动改造火星的序幕了

发布时间：2022-12-26 09:49 所属栏目：16 来源：互联网

导读：人类近几十年来不断开展太空探测活动，对地球以外的诸多行星和卫星进行了越来越多、越来越详细地观测，其中火星是我们开展探测次数最多的天体之一，特别是去年以来，随着以天问一号、毅力号为代表的火星探测器，对火星开展全新的探测，火星一下子又热了起来

　　人类近几十年来不断开展太空探测活动，对地球以外的诸多行星和卫星进行了越来越多、越来越详细地观测，其中火星是我们开展探测次数最多的天体之一，特别是去年以来，随着以“天问一号”、“毅力”号为代表的火星探测器，对火星开展全新的探测，火星一下子又“热”了起来。

　　我们开展这些探测的主要任务，除了掌握常规的地形地貌、温度、土壤组成、大气层、磁场分布等，还会对水资源是否存在、是否存在生命形式等进行找寻和论证。之所以我们对每一个地外天体，都非常在乎它们是否具备生命形式存在的基础，一方面是因为我们地球的生命，从目前来看显得过于“孤独”，另一方面也是为寻找地外合适的宜居星球寻求“退路”。

　　火星的“前世今生”

　　火星，这个地球的“近邻”，自古以来就吸引着人们关注的目光。从地球上观察火星，由于整体呈红色，像一团荧荧之火，亮度时常会发生变化，而且在天空中的运动情况复杂，有时从东向西，有时又从西向东，非常令人迷惑，所以我国古代的人们形象地称其为“荧惑”。

　　在上世纪70年代前后，美国率先向火星发射了登陆探测器，为我们近距离感受火星的面貌提供了条件。后来，机遇号和勇气号两个火星车在火星地表开展了诸多探测，发现了火星地表也众多的“流线型”地貌单元，而且在这些单元内部，还存在着类似地球上的大峡谷地貌，表明在历史上，火星表面或许存在着规模不一的河流，上述地貌单位极有可能是水流冲刷和剪切的结果。

　　随后，勇气号火星车还发现了变形的矿物岩体以及硅石沉淀结构，印证了物质在水流作用下的迁移过程。本世纪初，快车号火星探测器在对火星进行观测时，在火星的南极区域以及一些火山口的背阴处，发现了一定规模的水冰覆盖和堆积现象，从而证实了火星表面仍然存在着一定的水资源。

　　通过数学建模，科学家们对火星的演化过程进行了模拟，结果显示，在火星形成之后的10亿年时间里，火星的演化历程与原始地球非常相似，也拥有着磁场、大气层、液态水和适宜的温度，甚至具备大面积的火星海洋。联想到10亿年前的地球，那时候已经在大自然的“催化力”下，诞生形成了生命形式，所以，不能排除历史上火星存在生命的可能性。

　　不过，模型推演的进行，在火星形成10亿年后发生了逆转，随着火星轨道的逐步外移，同时火星的质量较小所提供的引力较弱，一方面不能有效束缚住大气层，另一方面内核的热量散失速率过快，因此慢慢地冷却、磁场消失、气体逃逸，液态水也绝大部分流失，火星逐渐变成了生命不宜居的星球，最终演化为今天荒凉的模样。

　　毅力号在火星上制造氧气

　　要想在一个不适宜人类居住的星体上，开展深入的探测活动，特别是有人类参与的直接探测活动，如何保障人类的安全、维持生命支持要素的持续稳定是一个关键性的问题。对于火星来说，要想在上面进行长期的载人探测活动，除了足够的饮用水外，足量、可持续的氧气供应显得尤为重要。

　　成功抵达火星不久的毅力号探测器，科学家在其内部放置了一个和微波炉大小差不多的设备，名字叫做MOXIE（火星氧气原位资源利用实验装置），其工作原理是：提取火星上以二氧化碳为主体（占比96%左右）的空气，将二氧化碳中的一个氧原子提取出来，将氧原子结合形成氧气储存起来，二氧化碳在此过程中转化为一氧化碳，被排放到火星的大气环境中。

　　就在不久前的4月20日，MOXIE在火星上首次进行了“制造氧气”实验，每小时生产出了5克的氧气，这个氧气如果聚集在一个较小的密封空间里，可供宇航员10分钟的呼吸所用。MOXIE的氧气制造实验取得了初步成果，在一定程度上表明可以利用这个原理，直接利用火星上的“本土”资源来合成氧气。在接下来的一个“火星年”里，该设备还将继续开展10次左右的制造氧气实验。

　　在火星制造氧气的前景和挑战

　　MOXIE目前所进行的实验，应该是总体计划的第一步，主要任务是检验这种设备在火星严酷条件下，进行氧气制造的可行性，效率肯定很低，而且制造的氧气在完成相应检测之后排放到火星大气中。

　　据研究团队介绍，此后，还会对该计划进行相应升级，并且对设备进行更新改造，进一步提高制氧的数量和效率，为下一步宇航员登陆火星提供更充足的氧气供应。此后，将进入“量产”阶段，无论是制氧的能力、效率还是存储方面，都会得到巨大的提升，并且还能够实现全天候的运行，最终为在火星建造人类基地、实验人类移居火星和改造火星打下基础。

　　不过，从目前来看，MOXIE的1.0版本还处于实验摸索阶段，除了制氧规模和效率比较低以外，还面临着不少的挑战，主要表现为：

　　第一个就是能量需求问题。该设备在运行时的耗电量十分大，据估算，可以达到毅力号总耗电量的1/3左右，而且在运行过程中会释放大量的热量，实验过程中设备需要耐受800摄氏度的高温，如果能量需求和散热问题处理不好，那么毅力号其它主要任务的完成、以及探测器整体的性能和质量，都将遭受严重的威胁。

　　第二个是火星环境的问题。由于MOXIE的运行，需要不断吸入火星大气中的二氧化碳，然而，在火星同一区域，白天和晚上的温差非常大，火星大气层在高达150度的温差下，密度会时刻发生变化。特别是进入冬季后，火星大气中的二氧化碳，在低温下很多都凝结成了干冰降落到表面，这对设备稳定吸收二氧化碳势必会造成严重影响。另外，火星表面还经常刮起大规模的沙尘暴，持续时间还非常长，这对设备的稳定运行也会造成不小的冲击。

　　第三个是设备耐受性的问题。一方面来源于外部，即火星严酷的自然环境，低温、强温差、高太阳辐射、沙尘等。另一面来源于内部，即制造出来的氧气如果收集、存储等环节做得不好，会对设备本身造成一定的氧化作用，而同时形成的一氧化碳“副产物”，也会对设备材料造成烟灰焦化现象，从而减少设备的运行质量和寿命，因此需要在兼顾氧气产量和设备功率之间寻求最佳的平衡点。

　　从目前来看，要想从根本上改变火星低温、少氧、缺水、磁场弱的状态，几乎没有可能，非人力之所及，即使是以后的火星基地建设计划，也需要解物资传送、能量供给、载人探测、生命支持系统等一系列困难和复杂问题。但是，MOXIE在火星上制造氧气实验的实施，虽然目前也仅仅是实验摸索阶段，但是无疑让我们看到了以后火星基地建设、火星移民的希望。

（编辑：ASP站长网）