Wenn die ersten Astronauten auf dem Mars landen, verdanken sie möglicherweise den Nachkommen eines mikrowellenofengroßen Geräts die Luft, die sie atmen, und den Raketentreibstoff, der sie nach Hause bringt. Dieses Gerät namens MOXIE (Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment) hat zum 16. und letzten Mal an Bord des NASA-Rover Perseverance Sauerstoff erzeugt. Nachdem sich das Instrument als weitaus erfolgreicher erwiesen hat, als seine Entwickler am Massachusetts Institute of Technology (MIT) erwartet hatten, wird sein Betrieb abgeschlossen.
„Die beeindruckende Leistung von MOXIE zeigt, dass es möglich ist, Sauerstoff aus der Marsatmosphäre zu extrahieren – Sauerstoff, der dazu beitragen könnte, zukünftige Astronauten mit Atemluft oder Raketentreibstoff zu versorgen“, sagte die stellvertretende NASA-Administratorin Pam Melroy. „Die Entwicklung von Technologien, die es uns ermöglichen, Ressourcen auf dem Mond und dem Mars zu nutzen, ist entscheidend für den Aufbau einer langfristigen Mondpräsenz, die Schaffung einer robusten Mondwirtschaft und die Unterstützung einer ersten menschlichen Erkundungskampagne zum Mars.“
Seit der Landung von Perseverance auf dem Mars im Jahr 2021 hat MOXIE insgesamt 122 Gramm Sauerstoff erzeugt – ungefähr das, was ein kleiner Hund in 10 Stunden atmet. Bei höchster Effizienz war MOXIE in der Lage, 12 Gramm Sauerstoff pro Stunde zu produzieren – doppelt so viel wie die ursprünglichen Ziele der NASA für das Instrument – bei einer Reinheit von 98 % oder besser. Bei seinem 16. Lauf am 7. August produzierte das Instrument 9,8 Gramm Sauerstoff. MOXIE hat alle technischen Anforderungen erfolgreich erfüllt und wurde ein ganzes Marsjahr lang unter verschiedenen Bedingungen betrieben, sodass die Entwickler des Instruments viel über die Technologie lernen konnten.
„Wir sind stolz darauf, eine bahnbrechende Technologie wie MOXIE unterstützt zu haben, die lokale Ressourcen in nützliche Produkte für zukünftige Erkundungsmissionen verwandeln könnte“, sagte Trudy Kortes, Direktorin für Technologiedemonstrationen, Space Technology Mission Directorate (STMD) im NASA-Hauptquartier in Washington. „Durch den Test dieser Technologie unter realen Bedingungen sind wir einer Zukunft einen Schritt näher gekommen, in der Astronauten auf dem Roten Planeten ‚vom Land leben‘.“
MOXIE erzeugt molekularen Sauerstoff durch einen elektrochemischen Prozess, der aus jedem aus der dünnen Marsatmosphäre eingepumpten Kohlendioxidmolekül ein Sauerstoffatom trennt. Während diese Gase durch das System strömen, werden sie analysiert, um die Reinheit und Menge des erzeugten Sauerstoffs zu überprüfen.
Das Erste seiner Art
Während sich viele der Experimente von Perseverance mit den primären wissenschaftlichen Zielen der Mission befassen, konzentrierte sich MOXIE auf die zukünftige Erforschung des Menschen. MOXIE war die erste Demonstration einer Technologie, die Menschen nutzen könnten, um auf dem Roten Planeten zu überleben und ihn zu verlassen. Ein Sauerstoff erzeugendes System könnte zukünftige Missionen auf verschiedene Weise unterstützen, aber die wichtigste davon wäre die als Quelle für Raketentreibstoff, der in industriellen Mengen benötigt würde, um Raketen mit Astronauten für ihre Heimreise abzufeuern.
Anstatt große Mengen Sauerstoff mit zum Mars zu bringen, könnten zukünftige Astronauten vom Land aus leben und zum Überleben Materialien verwenden, die sie auf der Planetenoberfläche finden würden. Dieses Konzept – In-situ-Ressourcennutzung oder ISRU genannt – hat sich zu einem wachsenden Forschungsgebiet entwickelt.
„MOXIE hat der ISRU-Gemeinschaft eindeutig als Inspiration gedient“, sagte der Hauptforscher des Instruments, Michael Hecht vom MIT. „Es hat gezeigt, dass die NASA bereit ist, in diese Art von Zukunftstechnologien zu investieren. Und es war ein Flaggschiff, das die spannende Branche der Weltraumressourcen beeinflusst hat.“
Zukünftiger Fokus
Der nächste Schritt wäre nicht die Entwicklung von MOXIE 2.0 – obwohl Hecht und sein Team viel darüber gelernt haben, wie man eine effizientere Version des Instruments entwerfen kann. Vielmehr würde es darum gehen, ein vollständiges System zu schaffen, das einen Sauerstoffgenerator wie MOXIE und eine Möglichkeit zur Verflüssigung und Speicherung dieses Sauerstoffs umfasst.
Vor allem aber wünscht sich Hecht, dass andere Technologien auf dem Mars zum Einsatz kommen. „Wir müssen Entscheidungen darüber treffen, welche Dinge auf dem Mars validiert werden müssen“, sagte Hecht. „Ich denke, es gibt viele Technologien auf dieser Liste; ich freue mich sehr, dass MOXIE an erster Stelle stand.“