科学家设计基于等离子体的新方法 为未来火星探索者生产氧气

摘要:

一个国际研究小组已经设计出一种基于等离子体的方法来生产和分离火星环境中的氧气。这是美国宇航局的“火星氧原位资源利用实验”(MOXIE)的一个补充方法,它可能提供每公斤送往太空的仪器的高分子生产率。

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这样一个系统可以在开发火星上的生命支持系统中发挥重要作用。它还可以生产加工燃料、建筑材料和肥料所需的原料和基础化学品。

在AIP出版的《应用物理学杂志》上,研究人员提出了一种利用和加工当地资源在火星上生成产品的方法。因为火星大气层主要是由二氧化碳形成的,可以通过分解产生氧气,而且其压力有利于等离子体的点燃,所以红色星球上的自然条件几乎是等离子体就地利用资源的理想条件。该团队包括来自里斯本大学、麻省理工学院、索邦大学、埃因霍芬理工大学和荷兰基础能源研究所的科学家们。

研究人员指出,在火星上生产氧气的有两大障碍。“首先,分解二氧化碳分子以提取氧气。这是一个非常难以分解的分子,”研究作者、里斯本大学的Vasco Guerra说。“其次,将产生的氧气从还包含例如二氧化碳和一氧化碳的气体混合物中分离出来。我们正在以一种整体的方式研究这两个步骤,以同时解决这两个挑战。这就是等离子体可以提供帮助的地方。”

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等离子体是物质的第四种自然状态,包含自由带电粒子,如电子和离子。电子很轻,很容易被电场加速到非常高的能量。

Guerra说:“当子弹般的电子与二氧化碳分子碰撞时,它们可以直接分解它,或者转移能量使其振动。这种能量在很大程度上可以被引导到二氧化碳的分解中。与我们在法国和荷兰的同事一起,我们通过实验证明了这些理论的正确性。此外,等离子体中产生的热量也有利于氧气的分离。”

氧气是创造一个可呼吸环境的关键,它也是为未来火星农业生产燃料和肥料的起点。就地生产燃料将是未来任务的需要。所有这些对于未来人类在火星上的定居都是至关重要的。通过分解二氧化碳分子来生产绿色燃料和回收化学品,等离子体技术也可能有助于解决地球上的气候变化。

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