As futuras tripulações do Planeta Vermelho precisarão dele para produzir propulsor para a viagem de volta para casa. Os cientistas também estão testando se o oxigênio pode ser extraído do solo lunar.
MOXIE é um dos vários experimentos em andamento para fazer uso das coisas que Marte e a lua têm a oferecer, um conceito conhecido como utilização de recursos in-situ. FOTOGRAFIA: NASA
EM ALGUM MOMENTO NESTE FIM DE SEMANA, quando o Mars Perseverance Rover está tirando algumas horas da exploração da cratera de Jezero, um dispositivo do tamanho de uma torradeira fará um modesto experimento químico que pode um dia possibilitar que os humanos sobrevivam no Planeta Vermelho - e voltem para casa.
Conhecido como MOXIE, ou Experimento de Utilização de Recursos In-Situ de Oxigênio de Marte, o dispositivo extrai pequenas quantidades de oxigênio da atmosfera marciana (que é 96 por cento de dióxido de carbono) por meio de uma corrente elétrica, um processo chamado eletrólise. Neste fim de semana, o MOXIE executará o processo de captura de oxigênio pela terceira vez desde que o rover pousou em fevereiro , cada vez produzindo o suficiente para um humano respirar por cerca de 10 ou 15 minutos. Isso não parece muito, mas o objetivo final é escalar o MOXIE em um sistema automatizado que produzirá oxigênio respirável para a tripulação humana e será usado no voo de retorno. A NASA estima que o lançamento de um foguete de Marte exigirá quantidades industriais de oxigênio, que, junto com o combustível do foguete, constitui o propelente.
MOXIE é um dos vários experimentos em andamento por pesquisadores da NASA e da Agência Espacial Européia para fazer uso das coisas que Marte e a lua têm a oferecer, um conceito conhecido como utilização de recursos in-situ . As ideias para a criação de combustível e oxigênio respirável existem há décadas, mas só agora estão chegando ao ponto em que podem ser testadas em laboratório e na superfície marciana. Esses pesquisadores dizem que o grande salto virá quando eles puderem passar de experimentos com química simples para o desenvolvimento de protótipos de engenharia mais complexos e, então, eventualmente, uma fábrica de oxigênio automatizada. Não será fácil; eles estão esbarrando em um dos maiores obstáculos para a produção de oxigênio por eletrólise: a enorme quantidade de energia necessária para fazê-lo funcionar.
Ainda assim, os cientistas envolvidos no MOXIE e em outros esforços de utilização de recursos estão entusiasmados com os resultados que têm até agora da missão Perseverance. “Está indo assustadoramente como um relógio”, diz Michael Hecht , o principal investigador do MOXIE e diretor associado de gerenciamento de pesquisa do Observatório Haystack do MIT. “É impressionante como os resultados parecem idênticos aos que havíamos executado em laboratório dois anos antes. Quantas coisas você pode guardar por dois anos e ligar e até mesmo esperar para trabalhar de novo? Quero dizer, tente isso com sua bicicleta. ”
Hecht diz que as duas primeiras execuções do MOXIE produziram entre 4 e 5 gramas de oxigênio, que é o equivalente volumétrico a cerca de um galão sob a pressão atmosférica da Terra. Neste fim de semana, ele espera que a MOXIE produza 8 gramas em uma hora. Por causa do poder que o MOXIE exige, o Perseverance não será capaz de executar nenhum outro experimento ou coletar outros dados durante esse tempo, diz Hecht.
A equipe do rover no Jet Propulsion Laboratory da NASA, que opera o Perseverance, ativará um dos dois microfones do rover para monitorar o compressor do MOXIE; isso servirá como uma ferramenta de diagnóstico que permitirá que eles saibam como soa quando todos os sistemas estão funcionando bem. (Eles ainda estão descobrindo exatamente como é, porque o som viaja de maneira diferente na atmosfera marciana e em um laboratório da NASA.) A gravação de som também é algo legal de se ouvir na Terra. “Eu precisava fazer um pequeno processamento no arquivo .wav para torná-lo algo que eu pudesse tocar para as pessoas, mas o espectrograma parece ótimo”, diz Hecht. "E suponho que agora você pode dizer que pode ouvir os sons do oxigênio sendo produzido em Marte."
Hecht diz que eles planejam que o MOXIE faça mais oito execuções nos próximos meses, fazendo pequenos ajustes para otimizar a melhor saída de oxigênio para uma determinada entrada de eletricidade.
Pode levar muito tempo até que algum astronauta aterrisse em Marte - a NASA está falando sobre o início da década de 2030 , enquanto Elon Musk da SpaceX prometeu que será antes . Mas quando os humanos pousam, eles podem encontrar um sucessor do MOXIE esperando por eles. Qualquer tripulação que vier a Marte provavelmente terá seu próprio dispositivo a bordo de sua espaçonave que produz oxigênio para respirar, então o maior problema a ser resolvido é fazer o propelente que usarão para voar para casa. “Se você quer queimar combustível, precisa de oxigênio para queimá-lo”, diz Hecht.
Hecht diz que uma tripulação de quatro pessoas precisaria apenas de cerca de 1,5 toneladas métricas de oxigênio por um ano para o suporte de vida, mas cerca de 25 toneladas para produzir empuxo de 7 toneladas de combustível de foguete. O mais fácil seria enviar um sistema automatizado seis meses antes da chegada da tripulação, para que os astronautas tivessem um pouco de oxigênio esperando por eles. Isso também significa que eles terão que carregar menos equipamentos da Terra. “Não valeria a pena a complexidade de trazer uma tonelada de equipamentos para fazer 25 toneladas de oxigênio para o propelente”, diz Hecht.
Alguns desses mesmos cálculos estão sendo considerados para uma missão lunar em perspectiva, que pode acontecer muito antes de uma viagem a Marte. Equipes da NASA e da ESA estão trabalhando para aquecer o solo lunar, conhecido como regolito, para extrair oxigênio. Na verdade, o regolito contém 45% de oxigênio em peso, ligado a elementos metálicos como silício, alumínio, cálcio, magnésio, ferro e titânio, de acordo com Beth Lomax, uma estudante de doutorado da Universidade de Glasgow e pesquisadora da ESA's European Centro de Pesquisa e Tecnologia Espacial em Noordwijk, Holanda.
Lomax e Alexandre Meurisse, bolsista do centro de pesquisas, desenvolvem um dispositivo para aquecer o regolito em uma vasilha com sal fundido para extrair seu oxigênio. Como o projeto MOXIE, eles usam uma corrente elétrica para separar o oxigênio dos outros elementos. Mas, ao contrário do MOXIE, eles têm um subproduto: elementos metálicos que podem ser úteis como material de construção para uma base lunar. (Na verdade, uma equipe separada da ESA está pensando em combinar xixi de astronauta com regolito para formar um material de construção geopolímero reutilizável semelhante a cinzas volantes.)
Lomax diz que faz sentido descobrir como explorar o que já está na superfície lunar, em vez de arrastá-lo da Terra. “À medida que a exploração espacial de longa duração e a habitação parecem estar se tornando cada vez mais uma realidade, a utilização de recursos será necessária”, diz Lomax. “Simplesmente não é viável para nós trazer consistentemente cada quilo de material de que precisamos da Terra. Temos este enorme poço gravitacional, e a quantidade de energia necessária para levar esse material ao espaço é muito grande. ”
Usando um recipiente de sal fundido, Lomax e Meurisse estão baixando a temperatura necessária para extrair oxigênio do solo lunar, baixando-a de 1.600 graus Celsius (2.912 Fahrenheit) para cerca de 600 C (1.112 F). Essa temperatura poderia ser alcançada por meio da concentração de energia solar , método já comprovado em usinas solares do sudoeste dos Estados Unidos.
No Kennedy Space Center da NASA, os pesquisadores estão descobrindo como remover os subprodutos de metal que se acumulam no vaso do reator que contém o regolito durante a eletrólise. Isso é importante porque o material derretido é extremamente corrosivo e tanto os metais quanto o oxigênio precisam ser extraídos de alguma forma, de acordo com o pesquisador da NASA Kevin Grossman. O objetivo é derreter o regolito sem que ele toque as laterais do recipiente. “Se você pegar um balde de regolito e quiser derreter uma quantidade do tamanho de uma bola de golfe bem no centro disso, como você consegue isso?” Grossman pergunta.
(Para o registro: Grossman e Lomax não estão usando poeira lunar real, já que é um dos itens mais caros e raros da Terra. Em vez disso, eles estão usando uma versão simulada que contém os mesmos elementos.)
Ao mesmo tempo que a NASA e a ESA estão explorando maneiras de extrair oxigênio do rególito lunar, eles também estão considerando outra fonte de combustível: o gelo lunar . Foi encontrado nas regiões polares da lua, mas ainda não está claro o quanto existe e se está em uma forma que pode ser facilmente processada. Por exemplo, não está claro se é apenas geada ou se pode estar contaminado com outras substâncias. Em 2023, a NASA enviará seu rover Viper ao Pólo Sul para procurar gelo, enquanto a ESA planeja sua missão Prospect , que está conduzindo junto com a Agência Espacial Russa, para perfurar abaixo da superfície lunar para encontrar gelo em 2025 .
A NASA disse que seria capaz de levar astronautas de volta à Lua em 2024, embora um novo relatório de uma agência de vigilância do Congresso divulgado esta semana avise que problemas técnicos e administrativos podem forçar a agência espacial a atrasar esse cronograma.
A essa altura, Lomax e outros esperam provar que seus métodos de obtenção de oxigênio do solo lunar podem ser mais fáceis do que prospectar gelo. “Isso abre mais locais na superfície lunar, é claro, porque o gelo está apenas em locais muito específicos”, diz Lomax.