Uma pequena caixa está produzindo oxigênio em Marte

A atmosfera marciana, em seu estado atual, não é nada amigável para os terráqueos, é composta principalmente de dióxido de carbono.

Mas naquele mundo empoeirado e seco, um pequeno instrumento, um pouco maior que uma maleta, tem bombeado de forma confiável oxigênio respirável da atmosfera marciana.

É a primeira demonstração do processamento de recursos in situ para uso humano em outro planeta – estabelecendo uma maneira de gerar ar respirável para uma missão humana no planeta vermelho.

Chama-se MOXIE ( Experiment Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization) e, instalado na barriga do rover Perseverance da NASA, usa um processo chamado eletrólise para dividir o dióxido de carbono marciano em monóxido de carbono e oxigênio.

Entre fevereiro de 2021, quando o Perseverance pousou, e o final de 2021, o MOXIE produziu oxigênio sete vezes – e continuará a fazê-lo, disseram os pesquisadores.

“Esta é a primeira demonstração de realmente usar recursos na superfície de outro corpo planetário e transformá-los quimicamente em algo que seria útil para uma missão humana”, diz o ex-astronauta da NASA e vice-investigador principal do MOXIE, Jeffrey Hoffman, do MIT.

“É histórico nesse sentido.”

A produção de oxigênio por meio de eletrólise não é uma coisa nova. A Estação Espacial Internacional, por exemplo, usa eletrólise para dividir a água em hidrogênio e oxigênio e, assim, complementar seu suprimento de ar respirável.

No entanto, em Marte, a água pode ser preciosa demais para ser usada dessa maneira, se houver outro método disponível.

Felizmente, o oxigênio é o componente de muitos compostos, incluindo o dióxido de carbono que compõe cerca de 96% da atmosfera de Marte: uma molécula composta por um carbono e dois átomos de oxigênio.

A redução eletroquímica do dióxido de carbono em seus elementos constituintes é bem estudada, conhecida e compreendida; o desafio era desenvolver, aqui na Terra, um instrumento que pudesse fazê-lo em Marte com os ingredientes à mão.

A produção de oxigênio da MOXIE é um processo de várias etapas.

Primeiro, ele aspira o ar marciano através de um filtro que o limpa. Este ar purificado de Marte é então comprimido, aquecido e enviado através do Solid OXide Electrolyzer (SOXE). O eletrolisador divide o dióxido de carbono em monóxido de carbono, que é liberado de volta para a atmosfera marciana, e íons de oxigênio.

Os íons de oxigênio são então recombinados em O₂, ou oxigênio molecular, que é então medido em quantidade e pureza antes de ser liberado novamente.

Este processo, os cientistas determinaram, resultou de forma confiável na produção de oxigênio respirável. Após várias horas de aquecimento, ele funciona por 1 hora por experimento, seguido por um período de desligamento. Nesta 1 hora de operação, o MOXIE foi projetado para produzir até 10 gramas – cerca de 20 minutos de oxigênio respirável para um astronauta.

Em cada uma de suas sete corridas, o MOXIE produziu entre 5,4 e 8,9 gramas de oxigênio molecular, para um total de 49,9 gramas.

Como Marte é altamente variável em temperatura e densidade do ar, não apenas do dia para a noite, mas ao longo das estações do ano, o MOXIE precisa ser capaz de funcionar em uma ampla faixa de temperaturas e densidades do ar.

Em suas sete corridas, o MOXIE conseguiu produzir oxigênio em várias condições: durante o dia, à noite e durante todo o ano.

“A única coisa que não demonstramos é correr ao amanhecer ou ao anoitecer, quando a temperatura está mudando substancialmente”, diz o pesquisador principal do MOXIE, Michael Hecht, do Observatório Haystack do MIT.

“Temos um ás na manga que nos permitirá fazer isso e, uma vez que testarmos isso no laboratório, podemos alcançar esse último marco para mostrar que podemos realmente correr a qualquer momento”.

Idealmente, é claro, o objetivo é um sistema de suporte à vida que possa funcionar continuamente, pois é assim que as pessoas precisam respirar. E precisará ser muito maior que o MOXIE: uma pequena equipe de astronautas, disse Hecht no ano passado, exigirá cerca de uma tonelada métrica de oxigênio respirável por um único ano em Marte.

E isso não inclui o oxigênio necessário para o propulsor para a viagem de volta – no total, a missão precisaria de cerca de 500 toneladas de oxigênio, calculou a equipe.

O que a equipe aprendeu no primeiro ano de operações do MOXIE informará o desenvolvimento desse sistema maior… mas ainda há um caminho a percorrer.

A próxima corrida experimental ocorrerá durante a época do ano em que a atmosfera está mais densa. Então, disse a equipe, eles estarão empurrando o instrumento o máximo possível, para tentar produzir o máximo de oxigênio possível.

Isso não apenas mostrará do que o MOXIE é capaz, mas também suas limitações, o que, por sua vez, ajudará na construção de uma máquina mais robusta para a eventual missão tripulada a Marte.

E isso resolverá uma parte significativa do quebra-cabeça envolvido não apenas em tornar um lugar habitável mais acolhedor para os humanos, mas em garantir seu retorno seguro para casa.

“Para apoiar uma missão humana a Marte, temos que trazer muitas coisas da Terra, como computadores, trajes espaciais e habitats”, diz Hoffman.

“Mas o oxigênio? Se você pode chegar lá, vá em frente – você está muito à frente do jogo.”