Viernes, 15 de septiembre de 2023. MOXIE, el instrumento abordo del rover Perseverance, concluye su trabajo tras tres años en activo. Ha realizado 16 experimentos in situ y ha logrado obtener oxígeno respirable en el planeta rojo. En total, el reactor MOXI, dada su miniaturización, apenas ha generado 122 gramos de oxígeno, aproximadamente lo que respira un perro pequeño en 10 horas. Ahora MOXI se apaga, pero su éxito es un hito que abre camino a la exploración espacial y a las primeras expediciones tripuladas a Marte.
Nuevos instrumentos para colonizar Marte
MOXIE es un experimento pionero, un reactor para la producción de oxígeno a gran escala desarrollado por el MIT que formará parte de las técnicas futuras pensadas para que las tripulaciones humanas que lleguen a otros planetas o satélites puedan obtener recursos in situ. Por ejemplo oxígeno para respirar, pero no solo eso.
Las nuevas técnicas instrumentales pueden englobarse en el acrónimo anglosajón ISRU (In Situ Resource Utilization). El desarrollo de esas técnicas ISRU, especialmente para la exploración de Marte, va a aumentar significativamente su peso en las próximas décadas, y tiene tal relevancia que es uno de los objetivos actuales de nuestros proyectos de investigación en el CSIC.
¿Qué se espera de las técnicas ISRU?
En los diversos cuerpos planetarios que planeamos visitar, como por ejemplo la Luna y Marte, existen minerales de los que podemos extraer los recursos necesarios para permitir la exploración sin tener que regresar a la Tierra. Algunos de los productos más importantes que hay que producir, además del oxígeno, son agua y metano, así como materiales de construcción y de blindaje contra la radiación.
Extraer determinados elementos químicos de los minerales no es siempre trivial. Requiere generar cambios de fase y realizar reacciones químicas mediante procesos que, además, podrían generan productos nocivos.
Cuando se trata de recursos vitales, como el aire que respirar, poder generarlos en Marte a partir de la propia atmósfera reduce los riesgos para los exploradores espaciales, que serán independientes de la Tierra, situada a millones de kilómetros de distancia. Habrá que disponer de sistemas recurrentes que permitan evitar el desastre en caso de un fallo en este tipo de reactores.
El reto del oxígeno respirable
Uno de los principales retos a los que se enfrenta la exploración espacial futura es la producción eficiente de oxígeno y el reciclado del dióxido de carbono. Es un tema clave y polifacético. Para entender su dimensión, el oxígeno es tan necesario para la quema de combustible de los cohetes como para la propia respiración de los astronautas. Además, el oxígeno permitiría realizar procesos de oxidación necesarios para mantener un ecosistema asociado a las futuras bases marcianas.
En el caso de Marte, generar el gas que respiramos se simplifica respecto a otros mundos, porque posee su propia atmósfera, dominada por dióxido de carbono en un 96 %.
Extraer el oxígeno de la atmósfera marciana
Tener oxígeno en la atmósfera es una ventaja, aunque sea enlazado en el dióxido de carbono, porque no es preciso calentar o incluso fundir minerales sólidos para obtenerlo como ocurriría en la Luna. Obviamente, los dispositivos empleados deberán ser realmente eficientes para extraer cantidades de oxígeno suficientes.
Por ejemplo, si hablamos de su utilización como propulsor para cohetes y queremos sacar a cuatro astronautas de la superficie marciana, necesitamos unas 25 toneladas de oxígeno por cada 7 toneladas de combustible para cohetes.
Si pensamos en las necesidades de un astronauta, hacea falta alrededor de una tonelada métrica de oxígeno para permanecer un año explorando la superficie marciana. Como ventaja, en este caso, el reactor podría reutilizar el dióxido de carbono producido por la respiración humana durante la misión, reciclarlo y transformarlo nuevamente en oxígeno perfectamente respirable.
Cómo lo ha logrado MOXIE
MOXIE es un instrumento miniaturizado a una simple cajita dorada de unos 24 x 24 x 31 cm³ que viaja abordo del rover Perseverance. En estos tres años en activo, MOXI ha demostrado la eficiencia de su sistema, basado en la electrólisis, para convertir el abundante dióxido de carbono de la atmósfera marciana en oxígeno molecular, perfectamente respirable.
En esencia MOXIE recoge dióxido de carbono, lo comprime y filtra para eliminar cualquier contaminante. Más tarde lo calienta, separando el oxígeno del monóxido de carbono (CO). Finalmente, el oxígeno producido se aísla aún más mediante un componente cerámico caliente y cargado que consigue que los átomos ionizados de oxígeno se fusionen, para dar lugar al oxígeno molecular que finalmente respirarían los astronautas.
En ese ciclo, el monóxido de carbono producido es expulsado a la atmósfera de Marte y, dado su carácter neutro, no resulta reactivo para el ambiente marciano.
El rover Perseverance que carga con MOXIE lleva tres años recorriendo la superficie del Planeta Rojo, recogiendo muestras de roca y realizando diversos experimentos. Algunos de esos experimentos tan trascendentes para la futura exploración tripulada de Marte como haber producido, por primera vez en la historia, oxígeno respirable en un mundo a 54,6 millones de kilómetros de casa.
Josep M. Trigo Rodríguez es Investigador Principal del Grupo de Meteoritos, Cuerpos Menores y Ciencias Planetarias, Instituto de Ciencias del Espacio (ICE - CSIC). Su interés investigador sobre los cuerpos menores del Sistema Solar comenzó como astrónomo aficionado y le apasionó por la astronomía y la divulgación científica. Ahora es un astrofísico con profundo conocimiento y curiosidad sobre Meteoritica y Cosmoquímica, liderando un grupo de investigación del CSIC sobre asteroides, cometas y meteoritos en el Instituto de Ciencias del Espacio (IEEC-CSIC) de Barcelona. Especializado en la caracterización en laboratorio de meteoritos, utilizados como sustitutos de los materiales que forman los cuerpos del sistema solar. Además, acumula experiencia en el estudio de materiales traídos por misiones de devolución de muestras, ya que participó en el equipo de examen preliminar de Stardust (NASA) y dirigió un estudio sobre las propiedades mecánicas del regolito de Itokawa devuelto por la Agencia Espacial Japonesa. Agencia (JAXA). El interés por los asteroides le motivó a involucrarme en las propuestas de Marco Polo que evolucionaron en dos famosas misiones de Defensa Planetaria al asteroide binario Didymos. Actualmente, está involucrado en el equipo de investigación de las misiones espaciales DART (NASA) y HERA (ESA).
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