Marsrobot Perseverance haalt zuurstof uit de atmosfeer

Beeld: MOXIE is zo groot als een broodrooster. Credit: NASA

De Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA heeft alweer een mijlpaal bereikt in de verkenning van de planeet Mars. Het instrument MOXIE (Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment) aan boord van het robotje Perseverance is erin geslaagd om CO₂ uit de atmosfeer van Mars om te zetten in zuurstof. Op termijn moet dit toelaten om ter plaatse brandstof voor raketten te produceren, zodat ruimtetuigen vlot heen en weer kunnen pendelen tussen de aarde en Mars. Daarmee komt de ultieme droom een stapje dichterbij: bemande ruimtemissies naar Mars.

Het MARS Exploration Program (MEP) van de NASA wil zo veel mogelijk te weten komen over onze buurplaneet. Wetenschappers zoeken een antwoord op allerlei vragen. Hoe is Mars ontstaan? Welke evolutie heeft de planeet doorgemaakt? Is er ooit leven geweest? Kan de geschiedenis van Mars ons iets leren over de evolutie van onze eigen planeet?

Sinds 18 februari 2021 dokkert het zeswielig ruimtewagentje Perseverance over het ruwe Marsoppervlak. Hij gaat op zoek naar bodemstalen die over een aantal jaar in onze aardse labs moeten terechtkomen en ons inzicht in het ontstaan en de evolutie van de rode planeet moeten aanscherpen.

Pendeldienst

Maar om een ruimtetuig vanop Mars naar de aarde te laten terugkeren, heb je uiteraard brandstof nodig. De voor de hand liggende oplossing bestaat erin om de stuwstof (brandstof + zuurstof) voor de terugreis mee te sturen bij de lancering vanop aarde. Maar daarvoor heb je al gauw 500 ton nodig, een flinke belasting voor een raket.

Daarom zoeken ruimtevaartingenieurs en wetenschappers naar alternatieven. Aangezien zuurstof het leeuwenaandeel van het gewicht inneemt, loont het de moeite om te onderzoeken of we op zuurstof kunnen bezuinigen. En dat moet in principe kunnen, want er zit zuurstof in de atmosfeer van Mars. Zij het opgesloten in koolstofdioxide (CO₂), dat 96% van de atmosfeer vult.

Zuurstof voor astronauten

Het komt er dus op aan om zuurstof uit de dampkring van Mars te halen. En dat is precies wat MOXIE doet. Dit instrument met de grootte van een broodrooster bevindt zich aan boord van de Perseverance. Het bevat een filter die schadelijke stofdeeltjes uit de inkomende atmosfeer haalt. Een pomp drukt het overblijvend atmosfeergas (hoofdzakelijk CO₂) samen.

Wanneer het gas opgewarmd is tot 800°C wordt het door een volgende component van MOXIE gejaagd, SOXE (Solid Oxide Electrolysis). Door een proces van electrolyse scheidt SOXE de CO₂-moleculen in zuurstof en koolstofmonoxide. Tot slot bevat MOXIE nog een onderdeel dat de productiesnelheid en zuiverheid van de verkregen zuurstof meet.

In de loop van zeven productieruns leverde MOXIE 50 gram zuurstof op, waarmee het instrument aan de verwachtingen voldoet. Ook de zuiverheid van de verkregen zuurstof stemt tot tevredenheid. Tot slot bleek deze methode van zuurstofextractie zowel overdag als ‘s nachts en onafhankelijk van de Martiaanse seizoenen te werken.

In een volgende fase moet MOXIE opgeschaald worden, zodat het op termijn de vereiste hoeveelheid zuurstof kan opleveren voor een raketlancering vanop Mars.

En terwijl de focus nu volop ligt op het transport tussen aarde en Mars, opent deze techniek in een verdere fase ook perspectieven op de productie van zuurstof voor astronauten op Mars.