Credit: NASA/JPL-Caltech
Il rover Perseverance della NASA, atterrato su Marte il 18 febbraio 2021, è riuscito ad estrarre ossigeno dall’atmosfera di Marte (in pratica dall’aria marziana), la quale è ricca di anidride carbonica, quindi irrespirabile per gli esseri umani.
Il rover, pesante 1.025 kg, lungo 3 metri, largo 2,4 metri e alto 2,2 metri, trasporta tantissimi strumenti scientifici, tra cui lo strumento “MOXIE (Mars Oxygen ISRU Experiment)”, grande quanto un tostapane. Il 20 aprile 2021 ha eseguito con successo la prima estrazione di ossigeno della storia, realizzata da una macchina su un altro pianeta (distante circa 200 milioni di chilometri dalla Terra).
Questo esperimento è molto importante per le future missioni umane su Marte, le quali non dovranno portare scorte di ossigeno, pesanti e costose, per poter sopravvivere due anni sul pianeta rosso (si pensa che le missioni con equipaggio potrebbero durare circa due anni, poiché Marte si avvicina alla Terra ogni due anni, arrivando alla distanza minima di 60 milioni di chilometri dal nostro pianeta). Inoltre, l’ossigeno non servirà solo per far respirare gli astronauti, ma anche per alimentare i comuni motori a razzo, i quali hanno bisogno di ossigeno liquido e idrogeno.
QUANTO OSSIGENO SERVIRA’ PER SOPRAVVIVERE SU MARTE?
Gli esperti hanno calcolato che, per sollevare quattro astronauti dal suolo marziano, attraverso un razzo, per riportarli a casa, servirebbero 25 tonnellate di ossigeno per i motori. Poi va aggiunto l’ossigeno per far respirare i quattro astronauti: circa 1 tonnellata all’anno (per una missione di due anni ne serviranno 2 tonnellate).
Quindi, in totale, servirebbero 27 tonnellate di ossigeno, solo per vivere due anni su Marte e per decollare dal pianeta rosso, per il viaggio di ritorno. Chiaramente, nelle 27 tonnellate, non è presente l’ossigeno del viaggio di andata. Questo vuol dire che, trasportare dalla Terra a Marte 27 tonnellate di ossigeno, più l’ossigeno del viaggio di andata, sarebbe un’impresa ardua.
Invece, se riuscissimo a creare uno strumento, pesante all’incirca 1 tonnellata e capace di produrre su Marte 27 tonnellate di ossigeno, ci sarebbe un enorme risparmio di spazio, di peso e di costi.
COSA CONTIENE L’ATMOSFERA DI MARTE?
L’atmosfera marziana, nonché la sua aria, contiene il 96% di anidride carbonica, il 2,6% di azoto, l’1,6% di argon ecc… (l’atmosfera del nostro pianeta Terra, invece, contiene il 78% di azoto, il 21% di ossigeno, l’1% di argon, lo 0,04% di anidride carbonica ecc…).
COME FA MOXIE AD ESTRARRE OSSIGENO SU MARTE?
MOXIE, che ha un peso di 6 kg su Marte, e di 17 kg sulla Terra (perché la Terra ha una gravità maggiore), un volume di 24x24x31 cm e una potenza da 300 watt, funziona separando gli atomi di ossigeno dalle molecole di anidride carbonica, che sono costituite da un atomo di carbonio e due atomi di ossigeno. Infine MOXIE produce un prodotto di scarto, dopo aver eseguito l’operazione, ed esso è il monossido di carbonio, il quale viene rilasciato nell’atmosfera marziana.
In altre parole, MOXIE “aspira” l’aria marziana fatta per il 96% di anidride carbonica (CO2). Essa, come sappiamo è una molecola formata da un atomo di carbonio (C) , e da due atomi di ossigeno (O) i quali, uniti, formano la CO2, cioè l’anidride carbonica. Il compito di MOXIE è di separare la CO2, e di prendere solo l’ossigeno (O), attraverso un processo elettrochimico.
Pensate: in futuro gli esseri umani respireranno ossigeno prodotto su Marte, e i loro polmoni saranno attraversati dall’aria di un altro pianeta. Sarà un’altra “prima volta” per la specie umana. Si pensa che sulla Terra abbiano vissuto circa 108 miliardi di esseri umani (Homo Sapiens, dal 50.000 a.C. ad oggi), e tutti hanno respirato la stessa aria terrestre. Noi siamo dunque la prima generazione che potrà vedere i primi esseri umani respirare una nuova aria: un’aria extraterrestre.
Ritornando al funzionamento di MOXIE, dobbiamo ricordarci alcune sfide del processo: l’estrazione di ossigeno dall’anidride carbonica richiede alti livelli di calore, fino a 800°C.
Lo strumento MOXIE, per estrarre ossigeno, deve quindi riscaldarsi fino a 800°C. Per questo motivo deve essere realizzato con materiali resistenti al calore: parti in lega di nichel, stampate in 3D, che riscaldano e raffreddano i gas che lo attraversano, e un aerogel leggero che aiuta a trattenere il calore. C’è infine un sottile strato di oro, all’esterno di MOXIE, il quale riflette il calore infrarosso, impedendogli di irradiarsi verso l’esterno e di danneggiare gli altri strumenti del rover.
Lo strumento MOXIE, essendo un test, è stato progettato per produrre una quantità irrisoria di ossigeno: circa 10 grammi di ossigeno all’ora (un essere umano, con 10 grammi di ossigeno, può respirare per 20 minuti).
Gli ingegneri prevedono di estrarre ossigeno almeno nove volte in due anni. In questi nove test si cercherà di capire il funzionamento di MOXIE nelle varie stagioni di Marte: nei giorni in cui c’è un clima sereno; nei giorni in cui imperversano le tempeste di sabbia; nei periodi in cui c’è meno densità dell’aria, o nei periodi in cui c’è più densità dell’aria.
OBIETTIVI DEL ROVER PERSEVERANCE
L’obiettivo principale della missione del rover Perseverance della NASA, è l’astrobiologia: la ricerca di vita passata o presente su Marte. Infatti il rover è atterrato nel cratere Jezero, proprio dove 3 miliardi di anni fa c’era un lago e un fiume con la sua foce.
La missione prevede anche la selezione di frammenti di rocce marziane da conservare all’interno di contenitori, i quali saranno prelevati da un altro rover, inviato in seguito, e portati sulla Terra entro il 2033, per un’analisi dettagliata.
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Il rover Perseverance ha portato su Marte anche il primo elicottero drone, chiamato Ingenuity, il quale ha volato per la prima volta su un altro pianeta. Esso ha il compito di dimostrare la fattibilità del volo su Marte, e la capacità di studiare luoghi inaccessibili ai rover.
Un altro grande compito del rover è quello di aprire la strada verso l’esplorazione umana su Marte, come ad esempio la produzione di ossigeno su un altro pianeta.
Ci sono infine tantissimi altri obiettivi “minori”, alcuni dei quali sono: il meteo marziano, le nuovissime camere in alta definizione, la misurazione dei livelli di radiazione, lo studio sui tessuti per le nuove tute spaziali, portati su Marte per capire se possono resistere anni sul suolo marziano.
Articolo a cura di Fabio Meneghella