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火星氧气原位资源利用实验

火星氧气原位资源利用实验（英语：Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment[1]，简称：MOXIE）是毅力号火星车所搭载的科学仪器进行的一个原位资源利用技术演示（英语：Technology demonstration），旨在测试在火星上制造氧气的可行性[2]。2021年4月20日，MOXIE利用固态氧化物电解电池将火星的二氧化碳转换为氧气。此次实验首次把另一颗行星上的天然资源提取出来供人类使用[3][4]。MOXIE技术可能最终被广泛地用于生产载人火星任务所需要的氧气，氧化剂，装药和水（将制成的氧和氢结合）[5]。

火星氧气原位资源利用实验仪

这项实验由麻省理工学院，海斯塔克天文台，NASA/加州理工学院喷气推进实验室以及其他机构协同设计。

目标

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MOXIE示意图

MOXIE实验的目标是以每小时6–10克的速度制成纯度为98%的氧，频率为每个昼夜至少十次，不分季节，尽可能不受火星沙尘暴的影响[1]。

工作原理

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MOXIE通过高效滤网获取火星大气成分，并采用涡旋压缩机（英语：Scroll compressor）对其进行压缩，然后用加热设备加热，此外还要隔热[6]。接着利用固态氧化物电解将二氧化碳分子分解成氧（O）和一氧化碳（CO），氧原子O再结合构成气态氧O
2[7]。转换过程需要800 °C左右的温度[8]。

净反应为：2CO
2   2CO + O
2

火星实验

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MOXIE首次实验数据图

MOXIE首次实验于2021年4月20日获得成功，实验地点是在耶泽罗撞击坑。MOXIE每小时生产5.37克的氧气，相当于火星上的宇航员呼吸10分钟所需要的氧气量[9]。MOXIE每小时可以安全地制造10克以下的氧[10][8]，在理论上每小时至多可生产12克氧气[6]。

MOXIE将在一个火星年（约等于两个地球年）的时间内进行九次后续制氧实验。一共分成三个阶段：第一阶段：进一步对制氧进行测试。第二阶段：在日间不同时刻，不同季节和不同大气状况下对仪器进行测试。第三阶段：在不同的气温下进行制氧，通过改变操作模式来检验生产结果上的差异[8]。

意义

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NASA官员指出如果MOXIE能够高效运作，他们将有可能把体积200倍大的基于MOXIE的仪器，连同一个25–30千瓦（34–40 hp）的发电站送往火星。在大约一个地球年的时间内，这样的系统可以每小时生产至少两千克的氧气，以支援2030年代左右的载人火星任务[11][12]。

参考资料

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  1. ^ 1.0 1.1 Hecht, M.; Hoffman, J.; Rapp, D.; McClean, J.; SooHoo, J.; Schaefer, R.; Aboobaker, A.; Mellstrom, J.; Hartvigsen, J.; Meyen, F.; Hinterman, E. Mars Oxygen ISRU Experiment (MOXIE). Space Science Reviews. 2021-01-06, 217 (1): 9 [2021-04-23]. Bibcode:2021SSRv..217....9H. ISSN 1572-9672. doi:10.1007/s11214-020-00782-8. （原始内容存档于2021-04-24） （英语）. 
  2. ^ Beutel, Allard. NASA Announces Mars 2020 Rover Payload to Explore the Red Planet. NASA. 2015-04-15 [2021-02-25]. （原始内容存档于2021-04-23）. 
  3. ^ Hecht, M.; Hoffman, J.; Rapp, D.; McClean, J.; SooHoo, J.; Schaefer, R.; Aboobaker, A.; Mellstrom, J.; Hartvigsen, J.; Meyen, F.; Hinterman, E. Mars Oxygen ISRU Experiment (MOXIE). Space Science Reviews. 2021-01-06, 217 (1): 9 [2021-04-23]. Bibcode:2021SSRv..217....9H. ISSN 1572-9672. doi:10.1007/s11214-020-00782-8. （原始内容存档于2021-04-24） （英语）. 
  4. ^ Nasa device extracts breathable oxygen from thin Martian air. The Irish Times. [2021-04-22]. （原始内容存档于2021-04-23） （英语）. 
  5. ^ Potter, Sean. NASA's Perseverance Mars Rover Extracts First Oxygen from Red Planet. NASA. 2021-04-21 [2021-04-22]. （原始内容存档于2021-04-22）. 
  6. ^ 6.0 6.1 Hecht, M.; Hoffman, J.; Rapp, D.; McClean, J.; SooHoo, J.; Schaefer, R.; Aboobaker, A.; Mellstrom, J.; Hartvigsen, J.; Meyen, F.; Hinterman, E. Mars Oxygen ISRU Experiment (MOXIE). Space Science Reviews. 2021-01-06, 217 (1): 9 [2021-04-23]. Bibcode:2021SSRv..217....9H. ISSN 1572-9672. doi:10.1007/s11214-020-00782-8. （原始内容存档于2021-04-24） （英语）. 
  7. ^ Game Changing Development The Mars Oxygen ISRU Experiment (MOXIE) (PDF). 美国国家航空航天局. [2021-04-22]. （原始内容存档 (PDF)于2020-12-03）. 
  8. ^ 8.0 8.1 8.2 Potter, Sean. NASA's Perseverance Mars Rover Extracts First Oxygen from Red Planet. NASA. 2021-04-21 [2021-04-22]. （原始内容存档于2021-04-22）. 
  9. ^ Potter, Sean. NASA's Perseverance Mars Rover Extracts First Oxygen from Red Planet. NASA. 2021-04-21 [2021-04-23]. （原始内容存档于2021-04-22）. 
  10. ^ Aboard NASA's Perseverance rover, MOXIE creates oxygen on Mars. MIT News | Massachusetts Institute of Technology. [2021-04-22]. （原始内容存档于2021-04-21） （英语）. 
  11. ^ The Mars Oxygen ISRU Experiment (MOXIE) （页面存档备份，存于互联网档案馆） PDF. Presentation: MARS 2020 Mission and Instruments". November 6, 2014.
  12. ^ Maxey, Kyle. Can Oxygen Be Produced on Mars? MOXIE Will Find Out. Engineering.com. August 5, 2014 [2014-11-05]. （原始内容存档于2018-08-12）. 

外部链接

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