美國麻省理工大學開發的氧氣發生器，利用火星大氣生產氧氣，可使宇航員呼吸100分鐘，…在葡萄牙也有類似的研究
美國航空航天局(NASA)計劃在21世紀30年代載人著陸火星，在大氣密度僅為地球100分之1的火星上，確保了不受晝夜和季節變化的影響，全年製造氧氣的技術。 這是將麻省理工學院(MIT)研究組為中心開發的氧氣發生器“MOXIE”帶到火星進行1年實驗的結果。
研究人員通過國際學術雜誌《科學》表示，MOXIE從2021年4月到年底，在白天和夜晚、不同季節進行的7次實驗中，平均每小時能製造出5.4克的氧氣。
在此次實驗中，MOXIE共製造出49.9克氧氣，相當於宇航員約100分鐘的呼吸量。 氧氣的純度也很高。 MOXIE乘坐機器人探測車於去年2月抵達火星。
研究團隊的一員傑弗裡·霍夫曼教授表示：“此次研究是將其它行星表面的資源轉化為對人類有用的東西的第一個實證事例。”
與樹的光合作用方式類似
汽車電池大小的MOXIE生產氧氣的方法與木頭的光合作用方式相似，因為它是用二氧化碳製造氧氣的。
這個過程是從吸收火星大氣中的二氧化碳開始的。 二氧化碳是火星上常見的物質，佔火星大氣的96%。 MOXIE吸收二氧化碳後，首先通過過濾裝置過濾除二氧化碳以外的雜質。 並且，經過加壓和800度的加熱過程，從固體氧化物電解槽（SOXE）中將二氧化碳分離為氧離子和一氧化碳。 於是氧離子互相結合成氧分子，一氧化碳向外排出。
研究人員說：“火星大氣變化比地球劇烈，空氣密度變化幅度為2倍，溫度波動幅度可達100度。此次實驗表明，MOXIE可以在任何一天任何時間段製造氧氣。”
含有鎳合金的強力耐熱性材料能夠反射來自太陽的紅外線熱，使鍍金等即使在劇烈的溫度變化中也能維持一定的性能。 研究人員表示：“我們還沒有證實的唯一的事例只有在凌晨，以及塵埃風暴肆虐中的性能。”
MOXIE此前進行的實驗恰逢火星的春季和夏季。 研究團隊計劃在今後繼續進行試驗的同時，致力於證明包括秋冬季在內的四季都可以產生氧氣。
另外，在今後的實驗中，還計劃仔細調查製氧機的磨損問題。 因為，如果想在火星探測中使用實際的製氧機，製氧機需要持續運作數百天。
大幅降低火星探測成本
在火星上製造氧氣並使用氧氣的想法，實際上是出於確保從火星返回地球時使用的上升船火箭推進劑的必要性，而不是宇航員的呼吸用。
氧氣占上升船質量的78%。 因此，如果氧氣可以從火星採購，就不必非要從地球上帶走氧氣，這將大大減少火星探測費用。
研究組解釋說，如果將製氧機擴大到每小時能生產2~3公斤的程度，到下一次火星旅行為止，就能生產足夠量的氧氣來發射上升船。 以地球和火星的公轉週期為基礎的火星旅行的適當週期為26個月。
另外，葡萄牙里斯本大學的研究團隊在國際學術期刊應用物理學雜誌（Journal of Applied Physics）上發表說，他們設計出了一種即使沒有MOXIE那樣的加熱和加壓裝置，也能利用等離子體狀態的二氧化碳生產氧氣的裝置。
研究團隊稱，在重現火星環境的實驗室中，一個重達6公斤的等離子體反應器每小時可生產14g氧氣。 研究人員表示，這比重17.7公斤、每小時生產10克氧氣的MOXIE效率要高得多。