화성에서 안정적으로 산소 생산

지구에서 보낸 도시락 크기 장치가 화성 표면에 산소를 만들고 있다.

MIT 주도 화성 산소 현장 자원 활용 실험(MOXIE)은 NASA 퍼시비어런스(Perseverance) 로버 임무의 일환으로 화성 표면에 착륙한 2021년 2월부터 화성의 이산화탄소가 풍부한 대기에서 산소를 성공적으로 만들고 있다.

Science Advances 저널에 발표된 연구에서 연구자들은 2021년 말까지 MOXIE가 낮과 밤, 화성의 다양한 계절을 포함한 다양한 대기 조건에서 7번의 실험을 통해 산소를 생산할 수 있었다고 보고했다. 각 실행에서 이 기기는 시간당 6g의 산소를 생산한다는 목표에 도달했다.

연구원들은 MOXIE의 확대 버전이 수백 그루의 나무 속도로 지속적으로 산소를 생산하기 위해 인간이 임무를 수행하기 전에 화성으로 보낼 수 있다고 생각한다. 그 용량에서 시스템은 인간이 도착한 후 생존할 수 있는 충분한 산소를 생성하고 우주 비행사를 지구로 귀환시키기 위한 로켓에 연료를 공급해야 한다.

지금까지 MOXIE의 꾸준한 생산량은 그 목표를 향한 유망한 첫 걸음이다.

화성에서 MOXIE의 산소 생산은 또한 행성의 물질(이 경우 화성의 이산화탄소)을 수확하고 사용하여 그렇지 않으면 지구에서 운송되어야 한다.

MOXIE 연구원 제프리 호프만(Jeffrey Hoffman) MIT 교수는 “이것은 다른 행성 표면의 자원을 실제로 사용하여 화학적으로 인간의 임무에 유용한 것으로 변환하는 첫 번째 시연이다. 그런 의미에서 역사적”이라고 말했다.

MOXIE의 현재 버전은 Perseverance 로버에 탑재하기 위해 설계상 작으며 로버의 탐사 일정 및 임무 책임에 따라 각 실행에서 시작 및 종료되는 짧은 기간 동안 실행되도록 제작됐다. 대조적으로, 본격적인 산소 공장에는 이상적으로 연속적으로 작동하는 더 큰 장치가 포함된다.

MOXIE의 현재 설계에 필요한 절충안에도 불구하고 이 장비는 화성의 대기를 순수 산소로 안정적이고 효율적으로 변환할 수 있음을 보여주었다. 그것은 먼저 오염 물질을 청소하는 필터를 통해 화성의 공기를 끌어들인다. 그런 다음 공기가 가압되어 OxEon Energy에서 개발 및 제작한 장비인 SOXE(고체 산화물 전해기)를 통해 이산화탄소가 풍부한 공기를 전기화학적으로 산소 이온과 일산화탄소로 분리합한다.

그런 다음 산소 이온은 분리되고 재결합되어 통기성이 있는 분자 산소 또는 O2를 형성한다. MOXIE는 양과 순도를 측정한 다음 일산화탄소 및 기타 대기 가스와 함께 무해하게 공기 중으로 방출한다.

2021년 2월 탐사선이 착륙한 이후 MOXIE 엔지니어들은 화성 1년 동안 장비를 7번 가동했다. 매번 몇 시간씩 예열하고 나서 다시 전원을 끄기 전에 산소를 만드는 데 한 시간이 더 걸렸다. MOXIE가 행성 대기 조건의 변화를 수용할 수 있는지 확인하기 위해 각 실행은 낮과 밤, 그리고 다른 계절에 다른 시간으로 계획됐다.

“화성의 대기는 지구보다 훨씬 더 다양하다. 공기의 밀도는 1년 내내 2배만큼 변할 수 있고 온도는 100도까지 변할 수 있다. 한 가지 목표는 우리가 모든 계절에 달릴 수 있다는 것을 보여주는 것”이라고 호프만은 지적한다.

지금까지 MOXIE는 화성의 거의 모든 시간에 산소를 생성할 수 있음을 보여주었다. MOXIE가 화성에서 계속해서 산소를 생산함에 따라 엔지니어들은 대기 밀도와 이산화탄소 수준이 높은 화성의 봄에 특히 화성의 봄에 산소 용량을 늘리고 생산량을 늘릴 계획이다.

Hoffman과 MOXIE 수석 연구원 마이클 해치(Michael Hecht)를 포함, MIT 공동 저자는 MOXIE 팀 구성원 Jason SooHoo, Andrew Liu, Eric Hinterman, Maya Nasr, Shravan Hariharan 및 Kyle Horn 등 이다.