MOXIE: el experimento que produce oxígeno en la superficie de Marte

El experimento de utilización de recursos in situ de oxígeno de Marte (MOXIE), fue enviado al espacio, al ser instalado en el rover Perseverance en 2019. Estando a cargo del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT, por sus siglas en inglés), este instrumento está produciendo oxígeno en una atmósfera rica en dióxido de carbono en el planeta rojo desde febrero de 2021, cuando aterrizó en la superficie marciana como parte de la misión de la NASA.

En un estudio publicado recientemente en la revista Science Advances, los investigadores informan que, para fines de 2021, MOXIE logró producir oxígeno en siete carreras experimentales, en una variedad de condiciones atmosféricas, durante el día y la noche, e incluso durante diferentes estaciones marcianas.

En cada ejecución, este instrumento alcanzó su objetivo de producir seis gramos de oxígeno por hora, aproximadamente la tasa de un árbol modesto en la Tierra. Los investigadores prevén que una versión ampliada de MOXIE podría enviarse a Marte antes de una misión humana, para producir continuamente oxígeno a la velocidad de varios cientos de árboles.

Con esa capacidad, el sistema debería generar suficiente oxígeno para sostener a los humanos una vez que le den mantenimiento a los cohetes, para que los astronautas regresen a la Tierra. Hasta ahora, la producción constante de MOXIE es un primer paso prometedor hacia ese objetivo.

Objetivos a cumplir en Marte

La producción de oxígeno de MOXIE en Marte también representa la primera demostración de "utilización de recursos in situ". La idea es recolectar y usar los materiales de un planeta, en este caso, dióxido de carbono en Marte; para producir recursos como el oxígeno, que de lo contrario tienen que ser transportados desde la Tierra.

"Hemos aprendido mucho que informará a los sistemas futuros a mayor escala", dice Michael Hecht, investigador principal de la misión MOXIE en el Observatorio Haystack del MIT.

"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 investigador, Jeffrey Hoffman, profesor de la práctica en el Departamento del MIT. de Aeronáutica y Astronáutica. "Es histórico en ese sentido", agregó.

Los coautores del MIT de Hoffman y Hecht incluyen a los miembros del equipo de MOXIE, Jason SooHoo, Andrew Liu, Eric Hinterman, Maya Nasr, Shravan Hariharan y Kyle Horn, junto con colaboradores de múltiples instituciones, incluido el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, que administró el desarrollo, el software de vuelo y la embalaje y pruebas antes del lanzamiento.

¿Cómo funciona MOXIE?

A pesar de su actual diseño MOXIE, ha demostrado que puede convertir de manera confiable y eficiente la atmósfera de Marte en oxígeno puro. Lo hace aspirando primero el aire marciano a través de un filtro que lo limpia de contaminantes.

Luego, el aire se presuriza y se envía a través del electrolizador de óxido sólido (SOXE), un instrumento desarrollado y construido por OxEon Energy, que divide electroquímicamente el aire rico en dióxido de carbono en iones de oxígeno y monóxido de carbono.

Posteriormente, los iones de oxígeno se aíslan y se recombinan para formar oxígeno molecular respirable u O2, que MOXIE luego mide en cantidad y pureza antes de liberarlo inofensivamente al aire, junto con el monóxido de carbono y otros gases atmosféricos.

Desde el aterrizaje del rover en febrero de 2021, los ingenieros de MOXIE han puesto en marcha el instrumento siete veces a lo largo del año marciano, cada vez tardando unas horas en calentarse, luego otra hora para producir oxígeno antes de apagarse. Cada ejecución se programó para una hora diferente del día o de la noche, y en diferentes estaciones, para ver si MOXIE podía adaptarse a los cambios en las condiciones atmosféricas del planeta.

"La atmósfera de Marte es mucho más variable que la de la Tierra", señala Hoffman. "La densidad del aire puede variar en un factor de dos a lo largo del año, y la temperatura puede variar en 100 grados. El objetivo es demostrar que podemos correr en todas las estaciones".

"Lo único que no hemos demostrado es correr al amanecer o al anochecer, cuando la temperatura cambia sustancialmente", dice Hecht. "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".

Planeación a futuro

Los ingenieros planean impulsar su capacidad y aumentar su producción, particularmente en la primavera marciana, cuando la densidad atmosférica y los niveles de dióxido de carbono son altos.

"La próxima carrera que se avecina será durante la densidad más alta del año, y solo queremos generar la mayor cantidad de oxígeno posible", dice Hecht. "Entonces pondremos todo tan alto como nos atrevamos, y dejaremos que funcione todo el tiempo que podamos".

También controlarán el sistema en busca de signos de desgaste. Como MOXIE es solo un experimento entre varios a bordo del rover Perseverance, no puede funcionar continuamente como lo haría un sistema a gran escala. En cambio, el instrumento debe encenderse y apagarse con cada ejecución, un estrés térmico que puede degradar el sistema con el tiempo.

Si MOXIE puede funcionar con éxito a pesar de encenderse y apagarse repetidamente, esto sugeriría que un sistema a gran escala, diseñado para funcionar de forma continua, podría hacerlo durante miles de horas. "Para apoyar una misión humana a Marte, tenemos que traer muchas cosas de la Tierra, como computadoras, trajes espaciales y hábitats", dice Hoffman.