La atmósfera marciana, en su estado actual, no es para nada apta para los terrícolas. Es extremadamente delgado, más de 100 veces menos denso que el de la Tierra, y está compuesto principalmente de dióxido de carbono. Cualquier ser humano que intentara respirar pronto se encontraría sin respirar en absoluto.
Pero en ese polvoriento y seco mundo alienígena, un pequeño instrumento, un poco más grande que un maletín, ha estado bombeando de forma fiable oxígeno respirable de la atmósfera marciana.
Es la primera demostración del procesamiento de recursos in situ para uso humano en otro planeta, estableciendo una forma en que se podría generar aire respirable para una misión humana al planeta rojo.
Se llama MOXIE (Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization (ISRU) Experiment) e, instalado en el vientre del rover Perseverance de la NASA, utiliza un proceso llamado electrólisis para dividir el dióxido de carbono marciano en monóxido de carbono y oxígeno.
Entre febrero de 2021, cuando aterrizó Perseverance, y finales de 2021, MOXIE produjo oxígeno siete veces, y seguirá haciéndolo, dijeron los investigadores.
“Esta es la primera demostración del uso real de recursos en la superficie de otro cuerpo planetario y su transformación química en algo que sería útil para una misión humana”. dice el ex astronauta de la NASA e investigador principal adjunto de MOXIE Jeffrey Hoffman del MIT.
“Es histórico en ese sentido”.
La producción de oxígeno por medio de electrólisis no es algo nuevo. La Estación Espacial Internacional, por ejemplo, utiliza electrólisis para dividir el agua en hidrogeno y oxigenoy así complementar su suministro de aire respirable.
Sin embargo, en Marte, el agua puede ser demasiado valiosa para usarla de esta manera, si hay otro método disponible.
Afortunadamente, el oxígeno es el componente de muchos compuestos, incluido el dióxido de carbono que constituye aproximadamente el 96 por ciento de la atmósfera de Marte: una molécula compuesta por un átomo de carbono y dos de oxígeno.
La reducción electroquímica del dióxido de carbono en sus elementos constituyentes está bien estudiada, conocida y comprendida; el desafío era desarrollar, aquí en la Tierra, un instrumento que pudiera hacerlo en Marte con los ingredientes disponibles.
La producción de oxígeno de MOXIE es un proceso de varios pasos.
Primero, aspira aire marciano a través de un filtro que lo limpia. Este aire purificado de Marte se comprime, se calienta y se envía a través del electrolizador de óxido sólido (SOXE). El electrolizador divide el dióxido de carbono en monóxido de carbono, que se expulsa a la atmósfera marciana e iones de oxígeno.
Los iones de oxígeno luego se recombinan en O2u oxígeno molecular, que luego se mide en cantidad y pureza antes de ser expulsado nuevamente.
Este proceso, según han determinado los científicos, ha resultado de forma fiable en la producción de oxígeno respirable. Después de varias horas de calentamiento, funciona durante 1 hora por experimento seguido de un período de apagado. En esta 1 hora de operación, MOXIE es diseñado para producir hasta 10 gramos, aproximadamente 20 minutos de oxígeno respirable para un astronauta.
En cada una de sus siete carreras, MOXIE produjo entre 5,4 y 8,9 gramos de oxígeno molecular, para un total de 49,9 gramos.
Dado que Marte es muy variable tanto en temperatura como en densidad del aire, no solo del día a la noche, sino a lo largo de las estaciones cambiantes del año, MOXIE debe poder funcionar en una amplia gama de temperaturas y densidades del aire.
En sus siete carreras, MOXIE pudo producir oxígeno en una variedad de condiciones: durante el día, la noche y durante todo el año.
“Lo único que no hemos demostrado es correr al amanecer o al anochecer, cuando la temperatura está cambiando sustancialmente”. dice el investigador principal de MOXIE Michael Hecht del Observatorio Haystack del MIT.
“Tenemos un as bajo la manga que nos permitirá hacer eso, y una vez que lo probemos en el laboratorio, podemos alcanzar ese último hito para demostrar que realmente podemos correr en cualquier momento”.
Idealmente, por supuesto, el objetivo es un sistema de soporte vital que pueda funcionar continuamente, ya que así es como la gente necesita respirar. Y tendrá que ser mucho más grande que MOXIE: un pequeño equipo de astronautas, Hecht dijo el año pasado, requerirá alrededor de una tonelada métrica de oxígeno respirable para un solo año en Marte.
Y eso no incluye el oxígeno requerido para el propulsor para el viaje a casa; en total, la misión necesitaría unas 500 toneladas de oxígeno, calculó el equipo.
Lo que el equipo ha aprendido en el primer año de operaciones de MOXIE informará el desarrollo de este sistema más grande… pero aún queda camino por recorrer.
La próxima ejecución experimental tendrá lugar durante la época del año en que la atmósfera es más densa. Luego, dijo el equipo, presionarán el instrumento lo más fuerte posible para tratar de producir la mayor cantidad de oxígeno posible.
Esto no solo mostrará de lo que es capaz MOXIE, sino también sus limitaciones, lo que, a su vez, ayudará a construir una máquina más robusta para la eventual misión tripulada a Marte.
Y eso resolverá una parte importante del rompecabezas involucrado no solo en hacer que un lugar habitable sea más acogedor para los humanos, sino también en garantizar su regreso seguro a casa.
“Para apoyar una misión humana a Marte, tenemos que traer muchas cosas de la Tierra, como computadoras, trajes espaciales y hábitats”. Hoffmann dice.
“¿Pero el viejo y tonto oxígeno? Si puedes llegar allí, hazlo, estás muy por delante del juego”.
La investigación ha sido publicada en Avances de la ciencia.