火星制氧：希望与困难并存

科技日报记者 刘霞

美国国家航空航天局（NASA）的火星氧气原位资源利用实验（MOXIE）于日前结束。MOXIE是一个微波炉大小的装置，它在任务期间通过16次运行，总共制造出122克氧气，相当于一只小狗在10小时内呼吸的氧气。

MOXIE于2019年被放入“毅力”号火星漫游车的底盘。图片来源：NASA官网

NASA副局长潘·梅洛伊表示，MOXIE的表现表明从火星大气层中提取氧气是可行的。氧气可供未来到达火星的宇航员呼吸，也可用作火箭推进剂。开发能够让人类利用月球和火星资源的技术，对于在月球建立长期居住基地、创造强劲的月球经济，以及支持人类首次火星探测活动至关重要。

国际宇航联合会空间运输委员会副主席杨宇光对科技日报记者表示：“利用上述方法在火星大规模制造氧气仍面临不少困难。此外，人类要想在火星上生存，除氧气外，还需要解决很多问题。”

制氧实验 圆满完成

MOXIE由美国麻省理工学院研制，2021年随“毅力”号登陆火星。自那时起，MOXIE通过周期性转换二氧化碳来产生氧气，最高效时，MOXIE每小时能产生12克纯度超过98%的氧气，是NASA最初设置目标的两倍。而且，在今年8月7日进行的最后一次运行中，MOXIE产生了9.8克氧气，足够一名宇航员呼吸3个小时。这些进展给科学家们带来了希望：人类有朝一日或许可以在这个不适宜居住的星球上生存。

在火星表面运行的“毅力”号漫游车。图片来源：NASA官网

火星上二氧化碳含量丰富，占其稀薄大气层的95%。MOXIE借助电化学过程，将吸收的二氧化碳气体中的氧原子分离出来，并对其纯度进行分析，然后将其安全地隔离在胶囊中，剩余部分则以一氧化碳的形式排放出去。

NASA空间技术任务局演示主管特鲁迪·科特斯认为，通过在现实世界中证明像MOXIE这样的技术，让宇航员离在这颗红色星球上生活这一目标又近了一步。

人类呼吸 火箭燃料

杨宇光说：“这样的制氧系统用途广泛，除供宇航员呼吸外，还可以作为火箭推进剂的来源，对未来的火星探索任务大有裨益。”

未来的宇航员可以依靠在火星表面找到的材料生存，而不是将大量氧气从地球带到火星。这一概念被称为原位资源利用，目前也已经成为热门研究领域。

MOXIE首席研究员、美国麻省理工学院的米歇尔·赫奇特表示，下一步，他们并不打算创建MOXIE 2.0，而是计划制造一个全尺寸系统，包括一个像MOXIE这样的氧气生成器，以及液化和储存氧气的设施。

赫奇特也希望看到其他技术在火星上发挥作用。他表示，NASA必须决定哪些东西需要在火星上进行验证，这个名单上有很多技术，但他很高兴MOXIE是第一个。

规模生产 成本高昂

杨宇光指出：“MOXIE首次展示了有助人类在火星上生存和离开的技术，但在火星上大规模制氧仍面临不少困难。”

他进一步解释说，首先是环境适应性问题。火星的环境非常恶劣，温度很低，平均温度约为-62℃。其次，火星的大气层非常稀薄，而火星没有磁场的保护，因此火星表面所受辐射的剂量和强度非常高，可能会对设备的性能产生一定的影响。此外，火星距离地球非常遥远，将物体送往火星极其困难，目前只有中国和美国成功完成，且成本非常高昂。如果想大规模生产氧气，将相关设施送往火星需要付出极大的代价。除非人类拥有能够低成本向火星运送物资的技术，否则，在火星上大规模制造氧气目前来讲还只是“海市蜃楼”。

尽管能在火星制造出可供人呼吸的氧气，但人类想要在火星上生存，仍要应对很多挑战。美国趣味科学网站稍早时间报道中指出，除了上述提到的火星非常寒冷，火星上的气压非常低，也会给在其上生活的人带来极大的健康威胁。而且，人类还需要考虑前往火星旅行所导致的骨骼密度极端损失的问题。

“人类在火星上生存面临的问题很多，尤其是火星没有一个全球性的保护性的磁场，各种辐射可以直达火星表面，给人类健康带来极端不利的影响。”杨宇光强调。

“人类登陆火星，对火星开展深入研究，可以更好地了解太阳系的历史和地球未来的命运。同时，人类也可以利用火星上的各种物资资源，进一步向太阳系深处进发。”杨宇光表示，“火星制氧实验的成功让人类朝着这个方向迈出了坚实的一步。”