毅力号将利用 MOXIE 尝试在火星上制造氧气

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毅力号火星车内有一台闪闪发光的烤面包机大小的设备。它与此次任务的主要目标——寻找火星上古代生命的迹象——无关，而且从技术上讲它仍是一个原型，但它恰好是该车最苛刻的部件之一。

启动后，这个闪闪发光的小装置将消耗“毅力号”近三分之一的电量，由于运行温度过高，开发人员不得不用一种最知名的绝缘材料包裹它，以防止它损坏这台价值 27 亿美元的机器。尽管如此，原型机背后的科学家相信，实地测试它所获得的经验将远远超过该项目的成本。

麻省理工学院研究员、该实验首席研究员迈克尔·赫克特 (Michael Hecht) 表示：“主要的火星任务都将依赖于它。”他补充道，它甚至可能是“人类生命所依赖的东西”。

这个金色盒子被称为“火星氧气原位资源利用实验”，简称 MOXIE。（赫克特来自波士顿，他选择这个名字的部分原因是为了纪念这种在马萨诸塞州诞生、在新英格兰地区臭名昭著的汽水，2017 年，他担任缅因州年度 MOXIE 游行的总指挥。）MOXIE 旨在像一棵机械树一样运作。它将从火星大气中吸入二氧化碳，二氧化碳的密度比地球低一百倍，但几乎完全由二氧化碳组成。然后，它将呼出氧气——在这次任务中，氧气会重新进入大气层，但也许下一次，它会进入宇航员返回地球的燃料箱中。

在接下来的火星年（或两个地球年）里，赫克特的团队可能会启动 MOXIE 十几次，他预计在此期间，它每小时将产生 6 到 10 克氧气——足够养活一只小狗。这次任务的主要目标是证明这项技术在这颗尘土飞扬的沙漠星球上有效。“实验室里可以做各种在野外做不到的事情，”赫克特说。“即使在地球上，我们也不断吸取这个教训。”

一个主要问题是 MOXIE 将如何应对变化无常的火星环境。日落之后，温度可能会骤降超过 150 华氏度，这对空气密度有巨大影响（试想将气球放入冰箱，然后观察其收缩）。同样不便的是，每年冬天，当两极变得异常寒冷，二氧化碳凝结成干冰落到地面时，三分之一的大气层会消失。

要制造从火星发射所需的数千磅氧气，未来某一天将需要一个超大型的 MOXIE，其容量将比原型高出数百倍，并且全天候运行至少一年，无停机时间。

赫克特说：“我们想要证明，无论空气稀薄还是浓厚，天气寒冷还是炎热，或是尘土飞扬，我们都能在任何条件下开展工作。”

研究人员还希望了解如何最好地操作 MOXIE，这比仅仅打开它并装瓶输出要复杂得多。该机器本质上与燃料电池相反——燃料电池是某些原型车辆中的发动机，它接受化学燃料并通过含氧化合物 (H2O) 释放电能。相反，MOXIE 吸收 Perseverance 可以节省的所有电能和富氧化合物 (CO2)，并利用热量和电能将二氧化碳分解成一氧化碳气体 (CO) 和氧气 (O)。

至少这是理想情况。如果机器运转太温和，二氧化碳就会完整无缺地通过，导致内部镍部件生锈。但如果运转太猛烈，过度活跃的 MOXIE 就会将两种氧气都带走。那将是一个问题；它不再会产生无色的 CO 气体，而是突然需要处理一堆裸露的碳原子，这些碳原子会以烟灰的形式堵塞机器，工程师们将这一问题称为焦化。

“从某种程度上来说，我发现 MOXIE 的敌人是可卡因，这很有趣，”赫克特打趣道。

在这次任务中，团队将手动调整 MOXIE，通过调整其吸收的二氧化碳量、使用的电压和达到的温度来避免结焦和生锈。但赫克特预计，未来的版本将需要人工智能来妥善管理它，以保证宇航员能够安全回家。

毅力号是第一辆将其部分宝贵有效载荷用于直接准备未来载人火星探测的火星探测器，这一战略转变已筹划多年。

美国宇航局负责推进人类探索的部门几十年来一直对火星有四个迫切的问题：辐射情况如何、尘埃对设备的干扰程度如何、重型航天器如何着陆在火星表面、宇航员如何利用火星资源减轻他们从地球携带的负担。早在 2013 年，该机构就计划使用毅力号来回答第四个问题。

“早在最初征求提案的时候，他们就说‘我们正在划出一部分空间，为人类探索做准备’，”赫克特说。

美国宇航局尚未确定载人火星任务的细节，该任务可能在 15 到 20 年后开始，但几乎所有的提议都假设火星上能够制造氧气。否则，携带足够的推进剂（四分之三是氧气）回家是不切实际的。对人类（和任何陪伴小狗）来说可呼吸的空气也是一个不错的额外收获。

这意味着下一个离开地球的 MOXIE 可能是货真价实的，而全尺寸版本的研发工作正在顺利进行中。犹他州的 OxEon Energy 是参与 MOXIE 开发的众多机构之一，它已经在测试下一代原型设备，该设备每小时可以泵出超过两磅的氧气。“你把两三个这样的设备放在一起，就大功告成了，”赫克特说。（不过，为它们供电所需的核电站的建设是另一回事了）。

目前，MOXIE 团队专注于小步骤。毅力号着陆后，他们只用一个命令就完成了登记。一次普通的通信故障使他们无法收到他们所希望的所有数据。但他们得到了一个简单的回复，表明金盒子在惊心动魄的着陆中幸存了下来，这让每个人都松了一口气。

“这足以告诉我们我们成功了，”赫克特说，“当你刚刚从一个星球旅行到另一个星球时，这可不是一项微不足道的成就。”