September 24, 2022

Perjalanan ke Mars akan sulit, untuk sedikitnya. Meskipun penerbangan luar angkasa manusia telah menjadi kejadian biasa di luar angkasa dekat Bumi dalam beberapa dekade terakhir, meninggalkan tarikan gravitasi kita membutuhkan banyak tenaga roket. Dan kemudian meninggalkan planet seperti Mars untuk kembali ke Bumi juga akan membutuhkan banyak keuletan.

Tetapi NASA, badan penerbangan luar angkasa lainnya, dan perusahaan swasta telah menetapkan pandangan mereka untuk menempatkan manusia di Mars—dan mengembalikan mereka ke Bumi dengan selamat. Jadi para insinyur dan ilmuwan sedang bekerja untuk mencari tahu bagaimana membuat propelan yang cukup untuk membuat perjalanan seperti itu menjadi mungkin.

Oksigen, komponen penting dari propulsi roket, sulit didapat di Planet Merah. Tetapi hasil dari mesin prototipe di Mars menunjukkan bahwa elemen tersebut dapat ditarik keluar dari udara—mengisyaratkan produksi masa depan untuk meluncurkan roket, tetapi belum cukup bagi manusia untuk menghirup udara Mars secara langsung.

“Sangat sulit, jika bukan tidak mungkin, untuk merancang misi Mars manusia yang tidak menggunakan sumber daya in situ,” kata Carol Stoker, ilmuwan planet di NASA Ames Research Center yang tidak terlibat dalam proyek tersebut, menggunakan istilah ilmiah untuk “di tempat.”

Sekarang, perangkat berukuran kotak makan siang yang digendong di rover Perseverance telah membuka pintu untuk memproduksi propelan dari sumber daya yang ditemukan di Mars. Eksperimen Pemanfaatan Sumber Daya Oksigen In Situ Mars (MOXIE), telah berhasil menghasilkan oksigen di Planet Merah.

Sejak Perseverance mendarat pada Februari 2021 hingga akhir tahun itu, MOXIE menghasilkan sekitar 50 gram oksigen selama tujuh putaran, menurut sebuah laporan yang diterbitkan Rabu di jurnal. Kemajuan Ilmu Pengetahuan. MOXIE terus menjalankan eksperimen dalam berbagai kondisi hingga tahun 2022, kata wakil kepala penyelidik MOXIE Jeffrey Hoffman, seorang profesor aeronautika dan astronotika di Massachusetts Institute of Technology.

See also  Seperti apa kembang api dari luar angkasa?

Perangkat ini dapat menghasilkan 6 hingga 10 gram per jam, tergantung pada kondisi atmosfer. Ini menetapkan tingkat produksi maksimum pada akhir Agustus, kata Hoffman, ketika atmosfer Mars terpadat.

Tujuan MOXIE, kata Hoffman, “adalah untuk memverifikasi bahwa proses tersebut benar-benar bekerja di Mars. Dan itu, saya akan mengatakan, kami berada di jalan yang baik untuk melakukannya.”

[Related: 5 new insights about Mars from Perseverance’s rocky roving]

MOXIE menggunakan molekul yang membentuk atmosfer Mars untuk menciptakan oksigen. Tapi itu bukan ekstraksi sederhana. Atmosfer Mars adalah 95 persen karbon dioksida (atmosfer bumi sebagian besar adalah nitrogen dengan sebagian besar oksigen juga). MOXIE harus memecah molekul CO2 menjadi karbon monoksida dan oksigen.

Pertama, MOXIE menarik udara melalui filter HEPA, yang mencegah debu Mars keluar dari proses. Kemudian udara Mars melewati kompresor karena, seperti yang dijelaskan Hoffman, tidak cukup padat untuk proses produksi oksigen. Perangkat ini memampatkan udara Mars, secara signifikan meningkatkan kepadatannya: dari 100 kali lebih tipis dari atmosfer Bumi menjadi sekitar setengah lebih tipis.

Kemudian, karbon dioksida dipanaskan hingga sekitar 1.500 ° F (800 ° C). Setelah dipanaskan, saatnya untuk acara utama: Sebuah lari melalui unit elektrolisis, yang menggunakan listrik untuk menggerakkan reaksi kimia. Di sana, karbon dioksida bertemu dengan katalis, seperti nikel, yang menyebabkan molekul CO2 terdisosiasi menjadi karbon monoksida (CO) dan ion oksigen. Kemudian listrik digunakan untuk menarik ion oksigen melalui filter ke ruang lain, di mana mereka bergabung menjadi molekul oksigen. Hasilnya adalah oksigen murni yang bisa digunakan untuk bernafas atau untuk roket.

“Hal yang menyenangkan tentang MOXIE adalah, dari sisi oksigennya, yang Anda butuhkan hanyalah atmosfernya,” kata Hoffman. “Jadi tidak masalah di mana Anda berada, Anda bisa pergi ke mana pun Anda mau, dan Anda punya atmosfer.”

See also  Alat cukur listrik terbaik tahun 2022

[Related: This miniature rocket could be the first NASA craft launched from Mars]

MOXIE telah menghasilkan oksigen sepanjang malam Mars, siang hari, dan di beberapa musim-bahkan musim dingin. Selama bulan-bulan terdingin di kutub Mars, kepadatan atmosfer berkurang karena endapan karbon dioksida ke permukaan kutub sebagai es. Itu berarti ada lebih sedikit CO2 yang tersedia untuk MOXIE setiap enam bulan, jelas Margaret Landis, seorang ilmuwan peneliti di Laboratory for Atmospheric and Space Physics di University of Colorado Boulder. Namun, itu menghasilkan sekitar 6 gram per jam pada saat-saat ketika atmosfer menipis.

“MOXIE dapat berjalan kapan saja di Mars,” kata Hoffman. “Jika kita mendapatkan lebih banyak lari, kita akan mencoba menjalankannya saat fajar dan senja ketika kondisi berubah dengan cepat, dan kita dapat menunjukkan bahwa MOXIE dapat beradaptasi dengan kondisi yang berubah itu.”

Tingkat 6 sampai 10 gram per jam, bagaimanapun, tidak akan menghasilkan hampir cukup oksigen yang berguna untuk misi manusia ke Mars. Rata-rata manusia menghirup sedikit kurang dari 1 kilogram oksigen setiap hari, kata Hoffman, dan roket bahkan lebih haus O2. Dibutuhkan puluhan atau bahkan ratusan ton oksigen untuk menggerakkan roket yang dapat meluncurkan manusia dari permukaan Mars. Tapi oksigen itu bisa terakumulasi dari waktu ke waktu. Versi skala penuh dari sistem mirip MOXIE perlu menghasilkan sekitar 2 hingga 3 kilogram oksigen per jam, kata Hoffman, untuk memiliki peluang mengumpulkan cukup oksigen cair untuk digunakan dalam sistem peluncuran roket.

Insinyur sudah memiliki prototipe perangkat yang lebih besar, katanya. Karena MOXIE harus menumpang di rover Perseverance, itu tetap kecil, tetapi misi masa depan dapat mengirim perangkat mirip MOXIE yang lebih besar ke Mars dengan sendirinya. Hoffman mengatakan bahwa perangkat semacam itu mungkin juga memiliki lebih banyak fitur, seperti mungkin kemampuan untuk membuat produk karbon monoksida menjadi sesuatu yang berguna juga.

See also  10 Alat Pencarian Google yang harus Anda ketahui

Kemampuan untuk menghasilkan oksigen tidak berarti bahwa roket peluncuran Mars siap untuk digunakan. Oksigen hanya satu bagian dari persamaan peluncuran roket, kata Stoker NASA. Ini memberikan setengah dari reaksi pembakaran – oksidator – tetapi roket masih membutuhkan bahan lain untuk bahan bakar. Tapi, dia menambahkan, oksigen bisa memasok lebih dari tiga perempat massa yang dibutuhkan untuk menggerakkan roket, dan itu sangat mengurangi jumlah barang yang harus dibawa ke Planet Merah dari Bumi.

Ketika teknologi mirip MOXIE ditingkatkan, Landis mengatakan, ada baiknya mempertimbangkan dampak lingkungan yang mungkin ditimbulkan oleh proses ini di Mars. “Ini sesuatu yang perlu dipikirkan karena CO2 adalah komponen utama atmosfer Mars, dan memainkan peran yang sangat besar dalam siklus musimannya,” katanya. “Masih banyak yang harus dipelajari tentang implikasi pasti dari apa yang akan terjadi jika Anda mulai mengubah keseimbangan antara CO2 permukaan dan atmosfer” dan jenis gas.

“Kadang-kadang Anda merasa seperti hidup di masa depan fiksi ilmiah,” kata Landis. “Ini adalah bukti seberapa banyak yang bisa kami lakukan di Mars.”