Robot tạo oxy trên sao Hỏa

MOXIE cỡ lớn, có thể nặng tới 1.000 kg.

Khi dò tìm miệng núi lửa Jezero để tìm các dấu hiệu của sự sống vi sinh vật cổ đại, Perseverance sẽ tạo ra oxy trên Hành tinh Đỏ.

Tránh bão bụi

Robot Perseverance cũng sẽ cung cấp dữ liệu khí quyển quan trọng giúp các phi hành gia tương lai tới Hành tinh Đỏ. Nhờ đó, họ sẽ có thể sống sót trong một thế giới không có oxy thở, nhiệt độ đóng băng, bão bụi trên toàn hành tinh và bức xạ cường độ cao từ Mặt trời.

Công cụ đằng sau dữ liệu thời tiết được gọi là MEDA - viết tắt của Máy phân tích động lực học môi trường sao Hỏa. Một phần mục tiêu của nó là thu thập những điều cơ bản: Nhiệt độ, tốc độ và hướng gió, áp suất và độ ẩm tương đối. Các mô hình về nhiệt độ tại địa điểm hạ cánh của Perseverance dao động từ mức trung bình là -126 độ F (-88 độ C) vào ban đêm đến khoảng - 9 độ F (-23 độ C) vào buổi chiều.

Điểm khác biệt chính giữa MEDA và các phiên bản tiền nhiệm là nó sẽ đo số lượng, hình dạng và kích thước của các hạt bụi trong khí quyển sao Hỏa. Bụi là một yếu tố đáng cân nhắc cho bất kỳ nhiệm vụ nào trên sao Hỏa. Bởi, bụi có thể thúc đẩy các quá trình hóa học cả trên bề mặt và trong khí quyển, cũng như ảnh hưởng đến nhiệt độ và thời tiết.

Nhóm Perserverance muốn tìm hiểu thêm về những tương tác này. Như vậy, nhóm sẽ có thể lập kế hoạch hoạt động cho máy bay trực thăng Ingenuity.

Ông Jose Antonio Rodriguez-Manfredi, Giám sát viên chính của MEDA nói: “Hiểu biết về bụi trên sao Hỏa là rất quan trọng cho nhiệm vụ này. Những hạt bụi mịn đó bốc lên khỏi bề mặt và bao phủ toàn bộ hành tinh. Chúng tôi không biết làm thế nào gió sao Hỏa và sự thay đổi nhiệt độ có thể gây ra những cơn bão bụi toàn cầu đó, nhưng đây sẽ là thông tin quan trọng cho các sứ mệnh trong tương lai”.

Tuy nhiên, MEDA sẽ có thể đo lường chi tiết chu kỳ bụi vào ban ngày.

“Chúng tôi biết rằng, bầu khí quyển về cơ bản khuấy động bụi vào buổi trưa. Sau đó vào ban đêm, khi nhiệt độ giảm xuống, bầu khí quyển ổn định và có ít bụi hơn. Chúng tôi muốn biết nhiều hơn vì khi các sứ mệnh lên sao Hỏa ngày càng lớn, việc cân nhắc về bụi cũng có thể trở nên phù hợp hơn”, Manuel de la Torre Juarez - Phó Giám sát viên chính của MEDA với Phòng thí nghiệm Sức đẩy Phản lực của NASA ở Nam California cho biết.

Dữ liệu mới về chu kỳ bụi hằng ngày sẽ có lợi cho các nhà hoạch định sứ mệnh, cũng như các nhà thiết kế tàu và trang phục vũ trụ.

Làm sạch không khí

Mô phỏng Perseverance ở miệng hố Jezero.

Dữ liệu của MEDA sẽ giúp ích cho một công cụ khác của Perseverance: Thí nghiệm tận dụng tài nguyên bảo tồn tại chỗ oxy sao Hỏa (MOXIE). NASA Perseverance Rover sở hữu thiết bị có tên là MOXIE - công cụ chuyển đổi không khí trên sao Hỏa thành oxy.

Thiết bị này là một cuộc thử nghiệm. Và, nếu được sử dụng ở quy mô lớn hơn, công nghệ này có thể tạo ra oxy cho con người thở trên Hành tinh Đỏ. Đồng thời, có thể được sử dụng làm nhiên liệu cho tên lửa. NASA biết rằng, một trong những phần thử thách nhất khi đưa con người lên sao Hỏa là đưa họ ra khỏi hành tinh này và trở lại Trái đất.

Thay vì gửi tất cả lượng oxy cần thiết từ Trái đất đến sao Hỏa, các nhà khoa học muốn cho phép các phi hành gia tạo ra nhiên liệu tên lửa trên sao Hỏa. MOXIE là máy tạo oxy thế hệ đầu tiên dùng để thử nghiệm công nghệ có thể tạo ra lượng oxy cần thiết.

MOXIE là viết tắt của tận dụng tài nguyên bảo tồn tại chỗ oxy sao Hỏa và là một thử nghiệm hoàn toàn tách biệt với sứ mệnh khoa học chính của Perseverance. Một trong những nhiệm vụ chính của Perseverance là thu thập các mẫu đá có thể có dấu hiệu của sự sống vi sinh vật cổ đại. Trong khi đó, MOXIE tập trung vào kỹ thuật cần thiết cho các nỗ lực khám phá của con người trong tương lai.

Điều tra viên chính của thiết bị MOXIE là Michael Hecht từ MIT. Ông nói rằng, nhiên liệu dùng cho tên lửa là tài nguyên tiêu hao nặng nhất mà các phi hành gia trên sao Hỏa sẽ cần. Có thể sản xuất oxy tại điểm đến sẽ giúp chuyến đi đầu tiên của phi hành đoàn lên sao Hỏa dễ dàng, an toàn và rẻ hơn. Sẽ là một thách thức để tạo ra oxy trên sao Hỏa vì bầu khí quyển của Hành tinh Đỏ chỉ dày 1% so với bầu khí quyển trên Trái đất và có tới 95% CO2.

MOXIE hút không khí vào bằng cách sử dụng một máy bơm và sau đó dùng quá trình điện hóa để tách hai nguyên tử oxy ra khỏi mỗi phân tử carbon dioxide. Khi các khí chảy qua hệ thống, chúng được phân tích để kiểm tra lượng oxy đã được tạo ra, mức độ tinh khiết và mức độ hoạt động của máy. Sau khi mỗi thí nghiệm được thực hiện, tất cả các khí được đúc trở lại bầu khí quyển.

“Thiết kế của MOXIE giúp tạo ra khoảng 6 - 10g oxy mỗi giờ, chỉ đủ cho một con chó nhỏ hít thở”, Asad Aboobaker, kỹ sư hệ thống MOXIE ở Phòng thí nghiệm Sức đẩy Phản lực của NASA tại California, cho biết. “Hệ thống cỡ lớn để sản xuất nhiên liệu cho chuyến bay trở về cần tăng quy mô sản xuất oxy lên gấp 200 lần so với MOXIE”.

Quá trình biến đổi diễn ra ở nhiệt độ cao (800 độ C), đòi hỏi thiết bị cần được chế tạo từ vật liệu chịu nhiệt bao gồm hợp kim in 3D giúp phân bố đều nhiệt dư thừa. Hệ thống cũng được mạ vàng để bảo vệ cả robot tự hành trước bức xạ hồng ngoại sinh ra trong quá trình sản xuất oxy.

Nhóm kỹ sư phía sau dự án Perseverance hy vọng có thể chạy MOXIE khoảng 10 lần trong thời gian hai năm để kiểm tra thiết bị hoạt động hiệu quả tới mức nào trong việc thu thập oxy từ khí quyển vào các mùa khác nhau trên sao Hỏa. Hiện nay, các nhà khoa học đang làm việc để tạo ra máy tách oxy MOXIE cỡ lớn, có thể nặng tới 1.000 kg.