Das Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment, oder MOXIE, hilft der NASA bei der Vorbereitung der menschlichen Erforschung des Mars.MOXIE wird einen Weg für zukünftige Entdecker testen, Sauerstoff aus der Marsatmosphäre zum Verbrennen von Treibstoff und zum Atmen zu produzieren.Sauerstoff ist auf dem Mars selten Auf dem Mars gibt es weniger als 1 % der Luft wie auf der Erde, und Kohlendioxid macht etwa 96 % davon auf dem Mars aus.Sauerstoff macht nur 0,13 % aus, verglichen mit 21 % in der Erdatmosphäre.Wenn wir Sauerstoff auf dem Mars haben wollen, müssen wir ihn entweder mitbringen oder selbst herstellen.Brennstoff braucht Sauerstoff zum Verbrennen Auf der Erde beziehen wir immer Energie aus der Reaktion zwischen Sauerstoff und dem Brennstoff, den wir verwenden – ob es ein Scheit in einem Lagerfeuer oder Benzin in einem Autotank ist.Der Sauerstoff wiegt um ein Vielfaches mehr als der Brennstoff, den er verbrennt, was auf unserem Planeten kein Thema ist.Wenn wir es jedoch an andere Orte im Weltraum mitnehmen müssen, müssen wir viel über dieses Gewicht und andere Faktoren nachdenken.MOXIE macht Sauerstoff „aus der Luft“ Kraftstoff benötigt Sauerstoff zum Verbrennen – auf der Erde wird beispielsweise Sauerstoff ständig durch Tiere, Feuer oder andere chemische Reaktionen in Kohlendioxid umgewandelt.Pflanzen und Bäume verwenden Wasser und Sonnenlicht, um das Kohlendioxid wieder in Sauerstoff umzuwandeln und die Luft wieder aufzufüllen.Auf dem Mars stellt MOXIE auch Sauerstoff aus Kohlendioxid her, etwa so viel wie ein bescheidener Baum, allerdings mit einem ganz anderen Verfahren.MOXIE ist ein maßstabsgetreues Modell für ein zukünftiges großes MOXIE Um vom Mars zu starten, benötigt eine kleine Crew menschlicher Forscher 25 bis 30 Tonnen Sauerstoff oder etwa das Gewicht eines Sattelzugs!Um so viel Sauerstoff herzustellen, wäre ein Kraftwerk mit 25.000 bis 30.000 Watt erforderlich.Das Perseverance-Energiesystem liefert nur etwa 100 Watt, sodass MOXIE nur einen kleinen Bruchteil des Sauerstoffs erzeugen kann, den ein zukünftiger „Big MOXIE“ benötigen würde.MOXIE ist eine „Tech-Demo“. Die NASA verwendet technische Demonstrationen oder Tech-Demos, wenn es nicht ausreicht, eine kritische Technologie nur im Labor zu testen, und sie auf einer tatsächlichen Mission erprobt werden muss.Massachusetts Institute of Technology,Cambridge, MassachusettsMOXIE verwendet ein Gerät namens "Elektrolyseur", um Sauerstoff aus dem Kohlendioxid in der Luft herzustellen.Ein Elektrolyseur ist ein enger Verwandter einer Brennstoffzelle, einem Gerät, mit dem wir direkt Strom aus Brennstoff und Sauerstoff erzeugen.Sie können sich MOXIE als rückwärts laufende Brennstoffzelle vorstellen.Die NASA bereitet sich auf die Erforschung des Mars durch Menschen vor, und die MOXIE-Untersuchung auf der Mission Mars 2020 zielt darauf ab, wichtige Wissenslücken zu schließen.MOXIE steht für das Mars OXygen ISRU Experiment.ISRU ist ein weiteres Akronym, In Situ Resource Utilization, was eine technische Beschreibung dessen ist, was die meisten von uns „vom Land leben“ nennen.Das Wort "Moxie", das verwendet wird, um jemanden mit Mut und Kühnheit zu beschreiben, stammt von dem gleichnamigen Erfrischungsgetränk.Das Erfrischungsgetränk Moxie wurde Ende des 19. Jahrhunderts in Lowell, Massachusetts, erfunden, nicht weit entfernt vom MIT Haystack Observatory, wo der Hauptforscher von MOXIE arbeitet.Sie können Moxie immer noch in Neuengland kaufen und es gilt als das offizielle Getränk des Bundesstaates Maine.Die Verbindung mit Erfrischungsgetränken endet hier nicht.Einigen Berichten zufolge war die Firma Moxie die erste in den USA, die Kohlendioxid (CO2) verwendete, um ein Getränk sprudelnd zu machen.Auf dem Mars ist MOXIE das erste, das Kohlendioxid verwendet, um – naja, überhaupt alles herzustellen.Eine andere Verbindung ist technischer.Wann immer wir MOXIE ausführen, müssen wir sehr vorsichtig mit den Einstellungen sein, um sicherzustellen, dass wir nur Kohlenmonoxid (CO) produzieren und nicht reinen Kohlenstoff, der es ruinieren würde.Dieser zerstörerische Prozess wird "Verkokung" genannt.Die Kohlenstoffablagerung selbst heißt – Koks.Im Vergleich zu dem, was wir von der Erde gewohnt sind, ist die Luft auf dem Mars sehr dünn.Tatsächlich gibt es auf der Marsoberfläche weniger als 1 % so viel Luft wie auf der Erde, und ein Besuch des Mars wäre wie ein Ballonflug in 100.00 Fuß Höhe.Und die Luft ist nicht nur dünn, sondern besteht fast ausschließlich aus Kohlendioxid (CO2).Auf der Erde verdanken wir den unzähligen Lebensformen den Sauerstoff in unserer Atmosphäre, den unser Körper mit jedem Atemzug gierig aufnimmt.Um uns herum sind Bäume und Pflanzen damit beschäftigt, CO2 aus unserer Atmosphäre zu schrubben und es in nützlichen Sauerstoff umzuwandeln, während sie gleichzeitig Wasser aufnehmen und es in die Chemikalien umwandeln, die die Pflanzen zum Leben brauchen.Der Mars hat nicht so viel Glück, also müssen wir ihn selbst herstellen, wenn wir Sauerstoff auf dem Mars haben wollen.Das macht MOXIE.Das „I“ in MOXIE steht für ISRU oder In Situ Resource Utilization.„In Situ“ bezieht sich auf das Zeug, das da ist – in diesem Fall auf dem Mars.Ressourcennutzung bedeutet, dieses Zeug für einen produktiven Zweck zu verwenden, normalerweise um etwas zu machen, das wir sonst mitbringen müssten.Mit anderen Worten, vom Land leben (LOL).Vielleicht wäre LOL ein besseres Akronym als ISRU gewesen, aber das ist schon vergeben!Ein Beispiel für ISRU könnte die Herstellung von Ziegeln aus Marsboden und die Verwendung der Ziegel für Gebäude sein.Ein weiteres Beispiel ist die Herstellung von Sauerstoff aus der dünnen Marsluft.MOXIE ist ein Beispiel für eine „Festoxid-Elektrolyseurzelle“, bei der es sich um eine rückwärts laufende Brennstoffzelle handelt.In einer Brennstoffzelle reagieren Brennstoff und Sauerstoff, um Energie (Elektrizität) und ein stabiles chemisches Produkt zu erzeugen.Das bekannteste Beispiel ist die Wasserstoff-Brennstoffzelle, die in einigen Autos verwendet wird und Wasserstoff und Sauerstoff kombiniert, um Wasser und Strom zu erzeugen.Eine solche Wasserstoffzelle hingegen würde mit dem Wasser beginnen und es mit Strom wieder in Wasserstoff und Sauerstoff umwandeln.Die beiden Geräte, die Brennstoffzelle und der Elektrolyseur, sind nahezu identische Geräte, die auf sehr unterschiedliche Weise betrieben werden.Die Verwendung von Wasser zur Herstellung von Sauerstoff auf dem Mars wäre eine großartige Idee, wenn wir einen einfachen Zugang zum Wasser hätten.Aber um Wasser zu bekommen, müssten wir in den hohen Norden oder Süden reisen, um Eis zu finden, oder tief im Boden vergrabenes Eis abbauen.Glücklicherweise gibt es jedoch überall um uns herum eine weitere Sauerstoffquelle in Form des Kohlendioxids, das den größten Teil der Marsluft ausmacht.Anstatt Wasserstoff zu verwenden, ist MOXIE ein Beispiel für eine Festoxid-Elektrolyseurzelle, die Kohlendioxid verwendet, um die Gase Kohlenmonoxid und Sauerstoff herzustellen.Die erste menschliche Besatzung, die zum Mars fliegt, wird viel Sauerstoff zum Atmen benötigen, bis zu 2 bis 3 Tonnen.Unser Körper verwendet diesen Sauerstoff, um unseren Brennstoff zu verbrennen, den wir „Nahrung“ nennen, um die Energie zu erzeugen, die uns den ganzen Tag am Laufen hält.Aber nicht nur Menschen brauchen Sauerstoff.Fast alles, was Kraftstoff zur Energieerzeugung verwendet, verwendet Sauerstoff, um diesen Kraftstoff zu verbrennen, ob es sich um ein Auto, ein Lagerfeuer oder eine Rakete handelt.Und es stellt sich heraus, dass der Sauerstoff, den wir auf der Erde kostenlos aus der Luft bekommen, tatsächlich viel mehr wiegt als der Treibstoff selbst.Wenn wir die erste Crew zum Mars schicken, müssten wir darüber nachdenken, wie wir sie am Ende ihres Besuchs nach Hause bringen.Und der größte Einzelverbraucher von Sauerstoff während ihres gesamten Aufenthalts auf dem Mars wird die Rakete sein, die sie zurück in den Orbit bringt.Während die Astronauten in ihrem 18-monatigen Aufenthalt auf dem Planeten 2 bis 3 Tonnen Sauerstoff atmen dürfen, würde die Aufstiegsrakete 25 bis 30 Tonnen verbrauchen.MOXIE wurde entwickelt, um mindestens 6 Gramm Sauerstoff pro Stunde zu erzeugen.Es kann maximal 12 Gramm pro Stunde erzeugen, obwohl es an unserem hochgelegenen Landeplatz am Jezero-Krater nicht genug CO2 gibt, um viel mehr als 10 zu erzeugen. Zum Vergleich: Sie verbrauchen wahrscheinlich etwa 10 Gramm pro Stunde, während Sie Lesen Sie diese Erklärung erneut (es sei denn, Sie fahren während des Lesens auf Ihrem Heimtrainer)!Warum so wenig?Es braucht viel Energie, um CO2-Moleküle auseinanderzuziehen, und der Perseverance-Rover liefert nur etwa 100 Watt.Das ist nicht viel mehr als der Computer, den Sie zum Lesen verwenden.Wenn wir in Zukunft brauchbare Mengen an Sauerstoff produzieren wollen, brauchen wir ein viel größeres Kraftwerk.Das „feste Oxid“ in einer Festoxid-Elektrolyseurzelle ist eine Keramik, die hauptsächlich aus Zirkonoxid besteht, die in einem speziellen Miniaturofen auf 800 Grad Celsius (1.472 Grad Fahrenheit) erhitzt wird.Wenn MOXIE läuft, muss es diese Keramik erst auf Betriebstemperatur bringen.Das dauert etwa zwei Stunden.Die Batterien des Rovers haben noch genügend verfügbare Ladung, um danach etwa eine Stunde lang Sauerstoff zu produzieren.Während dieser Stunde ändern wir manchmal die Spannung oder die Kompressordrehzahl, um mehr über das Instrument zu erfahren.Wenn MOXIE läuft, wird bei Perseverance nur sehr wenig anderes getan.Es ist nicht mehr genug Kraft übrig, um zu fahren, Steine ​​abzuschleifen oder auch nur die anderen Instrumente sehr lange laufen zu lassen.MOXIE läuft also nicht sehr oft, vielleicht einmal alle ein oder zwei Monate.Die Hauptaufgabe von MOXIE besteht darin zu zeigen, dass wir uns auf diese Technologie verlassen können, um zukünftige Astronauten-Crews am Leben zu erhalten und sie sicher nach Hause zu bringen.Das ist eine große Aufgabe.Aber darüber hinaus hoffen wir, viele technische Details darüber zu erfahren, wie man dieses viel größere zukünftige MOXIE-System baut.Zu diesem Zweck integrieren wir in MOXIE viele Sensoren und Steuerelemente, die uns dabei helfen, zu erfahren, wie gut MOXIE läuft und wie wir es verbessern können.Erde und Mars treten alle 26 Monate zu einer Reise an.Wenn wir eine Astronauten-Crew zum Mars schicken, ist eine Idee, alle Dinge, die sie brauchen – einen Platz zum Leben, Rover, ein Kraftwerk und vielleicht ein „Big MOXIE“ – bei einer Startgelegenheit zu schicken, und dann die Astronauten zu schicken bei nächster Gelegenheit, 26 Monate später.Wenn wir das tun, dann wäre die Basis etwa 20 Monate vor Ort, bevor die Astronauten ihre Reise antreten.Das Ziel eines Big MOXIE wäre es, den gesamten Sauerstoff herzustellen und zu speichern, den der Astronaut und seine Rakete für ihre Mission benötigen, bevor sie überhaupt starten.Das bedeutet, dass der Big MOXIE 2.000 bis 3.000 Gramm Sauerstoff pro Stunde produzieren müsste, verglichen mit den 6-10 Gramm, die der aktuelle MOXIE produziert.Und das müsste es den größten Teil der 20 Monate Tag und Nacht tun, ohne anzuhalten.Wir gehen davon aus, dass die Astronauten für ihre Mission mindestens 25 Kilowatt Leistung benötigen und dass das Big MOXIE darauf angewiesen ist, dieses Kraftwerk zur Herstellung von Sauerstoff nutzen zu können, bis die Astronauten ankommen.Wir erwarten auch, dass Big MOXIE die Größe einer kleinen Gefriertruhe hat und etwa 1 Tonne wiegt.