Não há respiração fácil em Marte.
Escondido na barriga do rover Mars Perseverance da NASA está uma caixa dourada que, se tudo correr bem, transformará parte da atmosfera fina e rica em dióxido de carbono do Planeta Vermelho em doce e doce oxigênio.
O experimento, denominado Experimento de Utilização de Recursos In-Situ de Oxigênio de Marte (MOXIE), tem como objetivo demonstrar a tecnologia que poderia um dia apoiar uma missão tripulada a Marte, já que o oxigênio é um recurso vital para humanos respirarem e foguetes para queimar. E com o rover Perseverance previsto para pousar no Planeta Vermelho amanhã (18 de fevereiro), a equipe MOXIE está animada por estar um passo mais perto do primeiro teste do experimento.
“O MOXIE pretende ser uma demonstração de uma tecnologia que nos permitirá encher os tanques de oxigênio que uma equipe de futuros astronautas precisará para voar para casa, para decolar de Marte”, o investigador principal do experimento, Michael Hecht, um experimental cientista do Observatório Haystack do Massachusetts Institute of Technology, disse ao Space.com. “Também respirar, mas os foguetes respiram mais do que as pessoas e esse é o grande trabalho.”
Nem humanos nem foguetes respirarão o oxigênio do MOXIE; está apenas testando um conceito.
No entanto, o MOXIE tem raízes longas: a NASA considerou voar um predecessor em uma missão de 2001, disse Hecht. Mas quando a NASA estava sonhando com a missão Marte 2020, a agência especificou que queria voar um instrumento para produzir propelente a partir de materiais encontrados em Marte, e o trabalho no MOXIE começou.
Mas os designers do MOXIE não começaram do zero. O dispositivo é essencialmente o reverso de uma célula de combustível, que queima uma mistura de oxigênio e um composto à base de carbono para produzir calor e dióxido de carbono. O instrumento também se parece muito com um objeto significativamente mais mundano. “Claro, MOXIE é uma pequena árvore, certo?” Hecht disse. “As árvores pegam [dióxido de carbono] e o transformam em oxigênio com um processo químico muito mais complicado.”
Para Hecht, a chegada do MOXIE a Marte é um verdadeiro marco para o envio de humanos ao Planeta Vermelho.
“Quando me envolvi nisso pela primeira vez, em meados dos anos 90, ainda faltavam 15 anos. Ainda faltam 15 anos”, disse ele sobre uma missão tripulada. “Este é realmente o primeiro investimento substancial, grande investimento da NASA na demonstração de tecnologia para humanos indo para Marte. E para mim, é uma maneira da NASA dizer, ‘Estamos falando sério sobre isso, vamos fazer acontecer.'”(MOXIE custou cerca de $ 50 milhões, disse ele.)
Como funciona
O MOXIE está pegando uma carona na espaçonave como uma demonstração de tecnologia, em vez de cumprir um dos objetivos principais do rover Perseverance de procurar vestígios de vida antiga, então seu trabalho não é a maior prioridade na missão. E o MOXIE funcionará apenas ocasionalmente – talvez apenas uma vez a cada poucos meses, ou com a mesma frequência com que o rover Perseverance fará a perfuração para obter amostras.
Isso porque a tecnologia requer uma entrada de energia íngreme para aquecer um componente-chave do experimento a cerca de 800 graus Celsius (1.500 graus Fahrenheit). Cada vez que o MOXIE é executado, o instrumento passa cerca de duas horas aquecendo e, em seguida, produz oxigênio por cerca de uma hora. Esse processo usará a maior parte da fonte de alimentação do rover durante o dia. (As dramáticas oscilações de temperatura também representam um desafio de design, uma vez que os materiais não aceitam esse tipo de tratamento bem.)
O MOXIE não pode produzir oxigênio do nada, é claro: o instrumento puxará dióxido de carbono da fina atmosfera marciana, que é 100 vezes mais fina que a da Terra. Essa etapa é bastante complicada, especialmente dada a altura em que o Perseverance pousará.
“A atmosfera é rarefeita e temos que coletar muito disso”, disse Hecht. “Onde estamos pousando com Perseverança, em comparação com, digamos, Curiosity ou os pousadores que vieram antes dele, é uma altitude muito alta, é como tentar fazer isso no topo de uma montanha. Portanto, o ar é rarefeito, para começar, mesmo em comparação com Marte, é fino. Esse é outro fator. ”
Então, há a própria química.
“A coisa óbvia a fazer é dizer: ‘Ótimo, separe o carbono do oxigênio e pronto'”, disse Hecht. Mas esse processo também produz fuligem de carbono sólido como subproduto, o que pode entupir o instrumento. Em vez disso, o MOXIE produzirá monóxido de carbono gasoso como subproduto, para que possa se dissipar facilmente. “Não o queremos em nossos porões, mas não nos importamos em Marte”, disse Hecht sobre o resultado.
“É sutil, porque você está tentando pegar uma molécula de dióxido de carbono e apenas retirar um átomo de oxigênio e não dois”, disse ele. “Isso é um desafio.”
Existem alguns riscos em criar essa reação também. Primeiro, o MOXIE não pode usar todo o dióxido de carbono que absorve; se isso acontecer, pode passar a produzir fuligem de carbono em vez de monóxido de carbono. Outro equilíbrio complicado é que, se o instrumento não receber eletricidade suficiente, a reação se reverterá, funcionando como uma célula de combustível típica.
“Temos que ter muito cuidado para não deixá-lo operar como uma célula de combustível, já que não há combustível, e ele começará a se alimentar”, disse Hecht. “Como não há nenhuma fonte de oxigênio em Marte, ele começará a extrair o oxigênio do lado do ânodo do dispositivo e a quebrar o material.”
Depois, há a questão do que fazer com o oxigênio que a demonstração produz. “Nós mantemos o suficiente para que possamos prová-lo, podemos ter certeza de que é puro, podemos medir o quanto está vindo e então vaza”, disse Hecht. “Deixamos sair do instrumento como você deixaria o ar sair de um balão.”
Uma demonstração do futuro?
O MOXIE destina-se a testar essa técnica de produção de oxigênio apenas em pequena escala. O instrumento produzirá oxigênio na mesma taxa de uma árvore de tamanho médio, disse Hecht.
Isso é tudo o que é viável no contexto do Perseverance, que tem cerca de 110 watts de potência disponíveis para todo o rover. Em comparação, uma instalação completa de produção de oxigênio precisaria produzir cerca de 200 vezes o oxigênio e provavelmente exigiria 25 ou 30 quilowatts de energia, muito além da capacidade atual da NASA em Marte.
Em alguns aspectos, no entanto, um sistema maior seria mais fácil de projetar do que o MOXIE, disse Hecht, particularmente dadas as altas temperaturas necessárias para executar a reação. Ao contrário do MOXIE, que deve circular entre as temperaturas operacionais e muito mais baixas, uma planta de oxigênio completa provavelmente ligaria e permaneceria ligada enquanto bem isolada.
Há uma chance de que uma versão ampliada do MOXIE seja lançada quase ao mesmo tempo que os astronautas em uma missão massiva projetada para consolidar tudo o que a tripulação precisa em uma viagem até Marte, disse Hecht.
Mas como a maior parte do oxigênio iria abastecer o foguete para levar os astronautas de volta à Terra, Hecht disse que espera que o sucessor do MOXIE provavelmente seja lançado antes que qualquer explorador humano o faça. Essa estratégia, combinada com a janela de 26 meses entre os alinhamentos favoráveis da Terra e de Marte, daria à NASA tempo para começar a produzir oxigênio suficiente para ter certeza de que os astronautas teriam combustível suficiente para chegar em casa antes do lançamento.
“Você configura tudo e espera que não quebre e, em seguida, envia a equipe”, disse Hecht, comparando a infraestrutura do edifício com antecedência à reserva de um hotel. “Então, tudo que a tripulação precisa levar, como se você estivesse viajando, é sua mala e sua escova de dente.”
Publicado em 17/02/2021 23h00
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