El experimento MOXIE, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Estados Unidos, ha conseguido producir oxígeno en la atmósfera de Marte, en lo que constituye la primera demostración de utilización de recursos in situ en el Planeta Rojo y un paso clave en el objetivo de enviar humanos a una misión marciana, anuncian los investigadores en la revista ‘Science Advances’.
El Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment (MOXIE) ha estado fabricando con éxito oxígeno a partir de la atmósfera rica en dióxido de carbono del Planeta Rojo desde febrero de 2021, cuando aterrizó en la superficie marciana como parte de la misión del roverance de la NASA.
Los investigadores informan de que, a finales de 2021, MOXIE fue capaz de producir oxígeno en siete carreras experimentales, en una variedad de condiciones atmosféricas, incluyendo durante el día y la noche, y a través de diferentes estaciones marcianas. En cada una de las pruebas, el instrumento alcanzó su objetivo de producir seis gramos de oxígeno por hora, más o menos el ritmo 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 al ritmo de varios cientos de árboles. Con esa capacidad, el sistema generaría suficiente oxígeno para mantener a los humanos una vez que lleguen y para alimentar un cohete que devuelva a los astronautas a la Tierra.
De momento, la producción constante de MOXIE es un primer paso prometedor hacia ese objetivo. “Hemos aprendido mucho que servirá de base para futuros sistemas a mayor escala”, afirma Michael Hecht, investigador principal de la misión MOXIE en el Observatorio Haystack del MIT.
La producción de oxígeno de MOXIE en Marte también representa la primera demostración de la “utilización de recursos in situ”, que es la idea de cosechar y utilizar los materiales de un planeta (en este caso, el dióxido de carbono en Marte) para fabricar recursos (como el oxígeno) que, de otro modo, tendrían que ser transportados desde la Tierra.
“Se trata de la primera demostración de utilizar realmente recursos en la superficie de otro cuerpo planetario y transformarlos químicamente en algo que sería útil para una misión humana –resalta el investigador principal adjunto de MOXIE, Jeffrey Hoffman, profesor de esta práctica en el Departamento de Aeronáutica y Astronáutica del MIT–. Es histórico en ese sentido”.
Entre los coautores de Hoffman y Hecht en el MIT se encuentran 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 gestionó el desarrollo, el software de vuelo, el embalaje y las pruebas de MOXIE antes del lanzamiento.
La versión actual de MOXIE es pequeña por diseño, para que quepa a bordo del roverance, y está construida para funcionar durante periodos cortos, arrancando y apagando con cada carrera, dependiendo del programa de exploración del rover y de las responsabilidades de la misión, pero una fábrica de oxígeno a gran escala incluiría unidades más grandes que, idealmente, funcionarían de forma continua.
A pesar de los compromisos necesarios en el diseño actual de MOXIE, el instrumento ha demostrado que puede convertir la atmósfera de Marte en oxígeno puro de forma fiable y eficiente. Para ello, primero aspira el aire marciano a través de un filtro que lo limpia de contaminantes. 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.
A continuación, los iones de oxígeno se aíslan y se recombinan para formar oxígeno molecular respirable, u O2, cuya cantidad y pureza se mide en el MOXIE antes de devolverlo al aire de forma inocua, 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 y luego otra hora en fabricar oxígeno antes de volver a 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–explica 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. Uno de los objetivos es demostrar que podemos funcionar en todas las estaciones”.
Hasta ahora, MOXIE ha demostrado que puede fabricar oxígeno en casi cualquier momento del día y del año marcianos. “Lo único que no hemos demostrado es que funcione al amanecer o al anochecer, cuando la temperatura cambia sustancialmente –precisa Hecht–. Tenemos un as en la manga que nos permitirá hacerlo, y una vez que lo probemos en el laboratorio, podremos alcanzar ese último hito para demostrar que realmente podemos correr en cualquier momento”.
A medida que MOXIE siga produciendo oxígeno en Marte, los ingenieros planean ampliar su capacidad y aumentar su producción, especialmente en la primavera marciana, cuando la densidad atmosférica y los niveles de dióxido de carbono son altos.
“La próxima vez será durante la densidad más alta del año, y queremos producir todo el oxígeno que podamos –anuncia Hecht–. Así que lo pondremos todo lo alto que nos atrevamos y lo dejaremos funcionar todo lo que podamos”.
También vigilarán el sistema en busca de signos de desgaste. Como MOXIE es sólo un experimento entre varios a bordo del roverance, no puede funcionar continuamente como lo haría un sistema a escala completa. En su lugar, el instrumento debe encenderse y apagarse con cada carrera, 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 escala real, diseñado para funcionar continuamente, podría hacerlo durante miles de horas.
