【好奇周刊】在外太空“呼吸自由”真不远了？

美国宇航局的“毅力”号探测器在火星上成功利用大气中的二氧化碳制成氧气。这是人类首次在地外行星制氧，消息不胫而走，太空迷们直呼“奇迹”。

虽然该试验目前还处于初级阶段，但它向大家证明科幻小说里的场景真的不远了。不妨畅想一下：人类在火星上能够隔离和储存氧气，能够用火箭把宇航员送上火星表面，宇航员有足够的空气，在火星上种植的蔬菜能够进行光合作用，粮食实现自给自足……如此看来，载人登陆火星、移民火星有朝一日或许真能实现。

火星上制氧创纪录

美国宇航局(NASA)最新的六轮火星车“毅力”号(Perseverance)火星探测器再创佳绩——将火星稀薄、富含二氧化碳的大气转化为氧气。整个“制氧”过程便是由“毅力”号上一个烤面包机大小的名为“火星氧气就地资源利用实验”(MOXIE)的实验仪器完成的。该试验是于4月20日完成的，而当日是“毅力”号火星车自2月18日登陆火星以来的第60个火星日。

MOXIE是一项探索技术调查项目，与火星环境动力学分析仪(MEDA)气象站一样，是由美国宇航局空间技术任务理事会(STMD)和人类探索和操作任务理事会(HEOMD)赞助的。

“这是在火星上将二氧化碳转化为氧气的关键第一步。”STMD的副局长吉姆·罗伊特(Jim Reuter)表示，“MOXIE还有更多的工作要做，但随着人类在火星上朝着既定的目标任务不断前进，这项技术演示的结果让我们看到了极大的希望。氧气不仅仅是我们呼吸的东西，火箭推进剂也依赖于氧气。未来的宇航员探险家们将依靠在火星上生产推进剂来完成回家之旅。”

MOXIE的首席研究员、麻省理工学院海斯塔克天文台(Haystack Observatory)的迈克尔·赫克特(Michael Hecht)坦言，对于火箭或宇航员来说，氧气是非常关键的。

为了燃烧燃料，火箭必须有足够的氧气。在未来的探险任务中，如果让四名宇航员离开火星表面将需要大约15000磅(约7吨)的火箭燃料和55000磅(约25吨)的氧气。相比之下，在火星上生活和工作的宇航员呼吸所需的氧气反而要少得多。赫克特补充说，“在火星表面待一年的宇航员可能一共需要用到约1吨的氧气。”

而要将25吨的氧气从地球运送到火星将是一项艰巨的任务。相比之下，运输一个一吨重的氧气转化器—— 一个功能更强大的MOXIE升级版到火星上，用来直接生产出25吨的氧气，这才是更加经济和实用的做法。

就地利用资源

火星的大气层96%是二氧化碳。MOXIE的工作原理是将氧原子从二氧化碳分子中分离出来，二氧化碳分子由一个碳原子和两个氧原子组成。然后将产生的废气——一氧化碳，释放回火星的大气中。

要做到这一点，MOXIE必须对二氧化碳进行加压处理，并将其送入所谓的固体氧化物电解槽。它的内部温度要达到1470华氏度(约800摄氏度)左右，然后使用化学和电力来分解气体。

整个转化过程需要大量的热量才能达到如此高的温度。为了适应这一点，MOXIE是由耐热材料制成的。其中包括3D打印的镍合金零件，它可以加热和冷却流经它的气体，以及一种帮助保持热量的轻质气凝胶。一层薄薄的金涂层在MOXIE的最外面用于反射红外线热量，从而防止“毅力”号火星车其他部位受到损害。

这次MOXIE的首次“制氧”尝试，一共产生了大约5克的氧气，相当于宇航员10分钟需要呼吸的氧气量。MOXIE初步设计是每小时产生10克氧气。这次尝试的目的是为了确认该仪器在从地球发射升空，经历近7个月的深空飞行，最后于2月18日成功着陆后，是否安然无恙。MOXIE预计在火星上要待一年，期间将至少再提取九次氧气。

MOXIE的制氧过程将分为三个阶段。第一阶段是检查和描述仪器的功能;第二阶段则是在不同的大气条件下运行仪器，例如不同的时间，不同的季节;而在第三阶段，赫克特解释道，“我们将挑战极限，尝试新的操作模式，就比如我们将在三种或更多不同温度下进行操作比较。”

“MOXIE不仅仅是在另一个世界制造氧气的第一个仪器。”STMD的技术演示总监特鲁迪·科特斯(Trudy Kortes)补充说，这还是第一项能够帮助未来的太空任务——“就地生存”的技术，也就是利用另一个世界的环境元素，也就是我们通常所说的“就地利用资源”。

“它是把你在地面上发现的物质特殊化处理，通过一个加工通道，把大气的大部分二氧化碳，转化为氧气。”科特斯还表示，“这个过程让我们可以把这些丰富的材料转化成有用的东西：推进剂、可呼吸的空气，或者与氢结合而成的水。”

“毅力”号火星车任务的一个关键目标是进行天体生物学研究，包括寻找古代微生物生命的迹象。火星车将记录下火星的地质特征和过去的气候，为人类进一步深入探索火星铺平道路，而且还第一个收集到并储存了火星岩石和土壤，包括那些破碎的岩石和灰尘。

移民火星多了可能

未来，美国宇航局将与欧洲航天局(ESA)合作，向火星发射航天器，从火星表面收集这些密封样本，并将它们送回地球进行深入分析。

“火星2020”任务是美国宇航局“月球到火星”探测计划的一部分，另外还包括“阿尔忒弥斯”(Artemis)登月计划。

在登陆火星表面后不久，“毅力”号火星车就成功捕捉到了在这颗红色星球上录制的第一个声音。当时美国宇航局公布了两个不同的录音片段，一个过滤掉了探测器本身的噪音，另一个包含了探测器本身的噪音。就连火星上微风的声音也能听到。

美国宇航局工程师伊丽莎白·达菲(Elizabeth Duffy)在3月接受美国哥伦比亚广播公司(CBS)新闻采访时表示，听到风声真是太棒了。仔细想想，我们听到的这个声音可是来自遥远的另一个星球，现在我们知道那里的风是什么声音了。

4月4日，美国宇航局证实，“毅力”号已将“机智”号(Ingenuity)直升机投放到火星表面。“机智”号直升机设计精巧，之前一直被安全地保存在“伊利”号探测器的腹部。4月19日，“机智”号直升机在火星上成功进行了首次动力飞行，飞行时间39.1秒，这是人造航空器首次在另一个行星上进行受控飞行。按计划，接下来的两周内，“机智”号将再进行四次飞行，每次持续90秒。

火星上成功制氧引发太空迷们的疯狂点赞。要知道，这可是人类首次在地外行星制氧。虽然这次尝试制出的氧气份额很小，但是随着科技的进步，未来的设备制备氧气的效率会更高，能够制造出更多氧气，这也给未来在火星上种植植物蔬菜进行光合作用提供了可能，届时蔬菜粮食都可能实现自给自足。如此看来，载人登陆火星、移民火星也不是太遥远的事情了。

速豹新闻网·山东商报记者 潘愈