藝術(shù)家關(guān)于宇航員探索火星的構(gòu)想。圖片來(lái)源：NASA

去年，美國(guó)宇航局（NASA）實(shí)現(xiàn)了科幻作家?guī)资陙?lái)的夢(mèng)想：在火星上制造氧氣。NASA“毅力”號(hào)探測(cè)器上安裝的一個(gè)裝置，可將二氧化碳轉(zhuǎn)化為可供呼吸10分鐘的氧氣。現(xiàn)在，物理學(xué)家說(shuō)，他們已經(jīng)構(gòu)想出一種方法，在等離子體反應(yīng)堆中使用電子束產(chǎn)生更多的氧氣。

麻省理工學(xué)院實(shí)驗(yàn)科學(xué)家Michael Hecht說(shuō)，有朝一日，這項(xiàng)技術(shù)不僅可以幫助宇航員在這顆紅色星球上呼吸，還可以用于制造燃料和肥料。但是負(fù)責(zé)火星車(chē)上制氧設(shè)備的Hecht說(shuō)，人們利用新方法搭便車(chē)到達(dá)我們的太陽(yáng)“鄰居”之前，仍有許多挑戰(zhàn)需要克服。

在2020年降落在杰澤羅隕石坑后，“毅力”號(hào)進(jìn)行了火星氧氣原位資源利用實(shí)驗(yàn)（MOXIE）。該實(shí)驗(yàn)裝置吸入火星空氣，其中95%是二氧化碳。通過(guò)在電化學(xué)電池的兩個(gè)極性相反的電極之間注入電流，MOXIE可以將二氧化碳分解為一氧化碳和氧離子。最終氧離子相互結(jié)合產(chǎn)生氧氣。

為了工作，MOXIE需要給火星空氣加壓并加熱，這就需要額外的部件來(lái)消耗能量，并導(dǎo)致其體積龐大。

葡萄牙里斯本大學(xué)物理學(xué)家Vasco Guerra認(rèn)為，等離子體反應(yīng)堆可能是更好的方法。一束電子被加速到一個(gè)特定的能量水平，可以將二氧化碳分解成它的成分離子，或等離子體，就像MOXIE一樣。

此外，等離子體反應(yīng)堆非常適合火星大氣層，因?yàn)楹笳吆穸仁堑厍虼髿鈱拥?/100左右。Guerra說(shuō)，在稀薄的空氣中制造和加速電子束要容易得多。

在實(shí)驗(yàn)室里，Guerra和同事將與火星壓力和成分相匹配的空氣注入金屬管中。與MOXIE不同，它們不需要壓縮或加熱空氣。然而，通過(guò)向反應(yīng)室發(fā)射電子束，他們能將大約30%的空氣轉(zhuǎn)化為氧氣。研究小組8月16日在《應(yīng)用物理雜志》報(bào)告說(shuō)，他們估計(jì)這個(gè)裝置每小時(shí)可以產(chǎn)生大約14克氧氣，足夠支撐28分鐘的呼吸。

Hecht指出，Guerra團(tuán)隊(duì)仍然需要解決一些實(shí)際問(wèn)題。他說(shuō)，要想在火星上工作，等離子體設(shè)備需要一個(gè)便攜式電源和一個(gè)儲(chǔ)存氧氣的地方，所有這些都可能使它看起來(lái)不像MOXIE裝置那么笨重。Hecht說(shuō)，如果航天機(jī)構(gòu)愿意花費(fèi)數(shù)百萬(wàn)美元研發(fā)等離子體反應(yīng)堆，就像NASA研發(fā)MOXIE那樣，這種方法就會(huì)成熟。“等離子技術(shù)沒(méi)有什么問(wèn)題，只是它沒(méi)有MOXIE技術(shù)那么成熟?！彼f(shuō)。

相關(guān)論文信息：

https://doi.org/10.1063/5.0098011

（原標(biāo)題《科學(xué)家找到火星制氧新方法》）