# Mars Oxygen ISRU Experiment

Mars Oxygen ISRU Experiment (MOXIE) és un experiment de tecnologia d'exploració que produirà una petita quantitat d'oxigen pur a partir del diòxid de carboni atmosfèric marcià (CO₂) en un procés anomenat electrolitzador d'òxid sòlid.
MOXIE és un model de prova a escala 1/200 d'un disseny que es pot utilitzar a Mart. MOXIE viatja a bord de l'astromòbil Perseverance, com a part de la missió de Mars 2020. L'investigador principal de l'instrument MOXIE és Michael Hecht del Massachusetts Institute of Technology (MIT). Els principals contribuents a l'instrument MOXIE són el Massachusetts Institute of Technology (MIT), el Jet Propulsion Laboratory de la NASA i l'empresa OxEon Energy (anteriorment: Ceramatec, Inc. ((SOXE)). Altres col·laboradors són: Imperial College London, Space Exploration Instruments LLC, Tucson, Institut Niels Bohr de la Universitat de Copenhaguen, la Universitat Estatal d'Arizona, la Universitat Tècnica de Dinamarca i Air Squared (el compressor). La tecnologia es pot ampliar com un mitjà de produir oxigen per al oxidant propulsor en un Vehicle d'Ascens a Mart (MAV) per a un retorn de mostres.

## Objectiu

El principal objectiu d'aquest experiment és produir oxigen molecular (O₂) a partir del diòxid de carboni atmosfèric (CO₂) que contribueix al 96% de l'atmosfera marciana. Els científics registraran l'eficiència de la taxa de producció de O₂, i l'oxigen i monòxid de carboni que en resulte seran expulsats una vegada les mesures siguen fetes.
Per aconseguir aquest objectiu, l'instrument MOXIE té l'objectiu de produir 22 g d'oxigen (O₂) per hora amb una puresa >99.6% durant 50 sol (~1230 hores).
Els funcionaris de la NASA van afirmar que si MOXIE funcionés de manera eficient, podrien aterrar un instrument basat en MOXIE 100 vegades més gran a Mart, juntament amb un generador termoelèctric per radioisòtops. Al llarg d'uns anys, el generador alimentaria el sistema, que produiria fins a dos quilograms d'oxigen per hora, i omplir un dipòsit d'oxigen que es podria utilitzar per a una missió de retorn de mostres, o per quan els astronautes de la NASA podrien arribar en algun moment de la dècada de 2030. L'oxigen emmagatzemat es podria utilitzar per mantenir la vida i també es pot utilitzar com a oxidant propel·lent de coets per impulsar el seu viatge de retorn a la Terra. L'alta puresa és crucial ja que els futurs astronautes la respiraran.
El nitrogen (N 2) i l'argó (Ar) no estan separats de l'alimentació, sinó que es desprenen amb monòxid de carboni (CO). El CO, subproducte de la reacció, també es pot recol·lectar i emprar com a propel·lent o convertir-lo en metà (CH 4) per utilitzar-lo com a propel·lent.

## Desenvolupament

| MOXIE | Unitats/rendiment |
| Propòsit | Prova la producció de O 2 a partir del CO 2 atmosfèric |
| Massa | 15 kg |
| Energia | 300 W |
| Dimensions | 23.9 × 23.9 × 30.9 cm |
| O 2 production rate | 10-22 grams/hr |
L'experiment MOXIE fa un seguiment d'un experiment anterior, el Mars ISPP Precursor ("MIP"), que va ser dissenyat i construït per volar a la missió Mars Surveyor 2001 Lander. El MIP tenia la intenció de demostrar la producció de propel·lents in situ ("ISPP") a escala de laboratori mitjançant electròlisi de diòxid de carboni per produir oxigen a Mart. L'experiment del MIP es va ajornar quan es va cancel·lar la missió Lander del 2001 després del fracàs del Mars Polar Lander del 1998.
L'investigador principal és Michael Hecht i l'investigador principal adjunt és Jeffery Hoffman de l'Institut Tecnològic de Massachusetts. Entre els col·laboradors hi ha la Universitat de Copenhaguen, la Universitat Estatal d'Arizona, l'Imperial College of Science, el gerent de programes internacionals Jeff Mellstrom del Laboratori de Propulsió per Reacció de la NASA, Ceramatec, Inc. (SOXE), Air Squared (compressor) Space Exploration Instruments LLC., i la Universitat Tècnica de Dinamarca.

## Principi

Moxie recull CO 2 de l'atmosfera marciana, després divideix electroquímicament el CO 2 molècules a O 2 i CO. Una cel·la d'electròlisi d'òxid sòlid funciona segons el principi que, a temperatures elevades, certs òxids ceràmics, com la zircònia estabilitzada amb ítria (YSZ) i òxid de ceri dopat, esdevenen conductors d'ions d'òxid (O$^{2–}$). Un disc prim no porós de YSZ (electròlit sòlid) s'intercala entre dos elèctrodes porosos. Per a la generació d'oxigen a partir del diòxid de carboni, el CO₂ es difon a través del elèctrode porós (càtode) i arriba a les proximitats del límit elèctrode-electròlit. Mitjançant una combinació de dissociació tèrmica i electrocatàlisi, un àtom d’oxigen s’allibera de la molècula CO 2 i recull dos electrons del càtode per convertir-se en un ió òxid (O $^{2–}$). A través de les vacants dels ions d'oxigen a la xarxa cristal·lina de l'electròlit, l'ió d'oxigen es transporta a la interfície electròlit-ànode a causa del potencial aplicat del corrent continu. En aquesta interfície, l'ió d'oxigen transfereix la seva càrrega a l'ànode, es combina amb un altre àtom d'oxigen per formar oxigen (O₂) i es difon fora de l'ànode.
La reacció neta és, doncs, de 2CO 2 $\longrightarrow$ 2CO + O 2

## Demostració Tecnològica a Mart

La producció d'oxigen va ser aconseguida el matí del 20 d'abril de 2021 (o durant el Sol 60 en el Cràter Jezero). MOXIE generà 5.37 grams d'oxigen en una hora, equivalent al que un astronauta necessitaria per respirar durant uns 10 minuts. La producció d'oxigen està limitada a 12 grams/hora a causa de restriccions energètiques. Aquesta quantitat és aproximadament la que un arbre gran produiria a la Terra.

## Curiositats

Ja sigui per disseny o per sorprenent coincidència, MOXIE també és el nom d'un edifici productor d'oxigen del videojoc de simulació d'edificis Surviving Mars.

## Referències

* 1 2 3 4 5 «NASA TechPort -- Mars OXygen ISRU Experiment Project» (en anglès). NASA TechPort: NASA. [Consulta: 17 gener 2021].
* 1 2 Wall, Mike (en anglès) Oxygen-Generating Mars Rover to Bring Colonization Closer [[[Space.com]]], 01-08-2014 [Consulta: 17 gener 2021].
* ↑ Good, Andrew; Johnson, Alana; Hautaluoma, Grey (en anglès) MOXIE Could Help Future Rockets Launch Off Mars [[[NASA]]], 24-11-2020 [Consulta: 17 gener 2021].
* ↑ Andreu, Teresa; Torrell, Marc; Oró, Eduard; Flox, Cristina «Emmagatzematge d'energia» (PDF). Prospectiva energètica de Catalunya a l'horitzó 2050 (PROENCAT 2050) i la transició energètica de Catalunya. Generalitat de Catalunya - Institut Català d'Energia, agost 2019 [Consulta: 17 gener 2021].
* 1 2 3 «Còpia arxivada» (PDF). The Mars Oxygen ISRU Experiment (MOXIE), 06-11-2014. Arxivat de l'original el 2016-12-22 [Consulta: 17 gener 2021]. «Presentation: MARS 2020 Mission and Instruments»
* ↑ Weinstock, Maia (en anglès) Going to the Red Planet. Massachusetts Institute of Technology, 31-07-2014 [Consulta: 17 gener 2021].
* ↑ Weinstock, Maia (en anglès) Oxygen-creating instrument selected to fly on the upcoming Mars 2020 mission. Phys Org, 01-08-2014 [Consulta: 17 gener 2021].
* ↑ Brix, Lise (en anglès) Scientists are trying to brew oxygen on Mars. Science Nordic, 26-04-2015 [Consulta: 17 gener 2021].
* 1 2 Landis, Geoffrey A.; Oleson, Steven R.; Packard, Thomas W.; Linne, Diane L.; Woytach, Jeffrey M.; Martini, Michael C.; Fittje, James E.; Gyekenyesi, John Z.; Colozza, Anthony J.; Fincannon, James; Bury, Kristen M.; Dominguez, Hector; Jones, Robert; Smith, David; Vento, Daniel (en anglès) Design Study of a Mars Ascent Vehicle for Sample Return Using In-Situ Generated Propellant [Grapevine, Texas], del 9 al 13 gener 2017. DOI: 10.2514/6.2017-0424. «Conferència: 10th Symposium on Space Resource Utilization»
* ↑ Going to the Red Planet
* ↑ Dreier, Casey (en anglès) NASA Selects 7 Science Instruments for its Next Mars Rover, 31-07-2014 [Consulta: 17 gener 2021].
* ↑ Maxey, Kyle «Còpia arxivada» (en anglès). Can Oxygen Be Produced on Mars? MOXIE Will Find Out, 05-08-2014. Arxivat de l'original el 2018-08-12 [Consulta: 17 gener 2021].
* ↑ Thomson, Iain (en anglès) Mars rover 2020: Oxygen generation and 6 more amazing experiments, 31-07-2014 [Consulta: 17 gener 2021].
* ↑ Living off the Land in the Final Frontier Arxivat 2014-11-06 a Wayback Machine.. NASA, 31 d'octubre de 2014.
* ↑ «Còpia arxivada» (en anglès). MIT Developing Device to Produce Breathable Oxygen on Mars, 03-03-2015. Arxivat de l'original el 2015-05-18 [Consulta: 17 gener 2021].
* ↑ Landis, Geoffrey A.; Linne, Diane L. (en anglès) Mars Rocket Vehicle Using In Situ Propellants. AIAA Journal of Spacecraft and Rockets, 38, núm.5, setembre-octubre 2001, pàg. 730–735. Bibcode: 2001JSpRo..38..730L. DOI: 10.2514/2.3739.
* ↑ «Ceramic Oxygen Generator for Carbon Dioxide Electrolysis Systems». Arxivat de l'original el 2014-11-06. [Consulta: 17 gener 2021].
* ↑ MOXIE - Visió general. NASA. Consultat el 17 de gener de 2021.
* ↑ Hartvigsen, Joseph; Elangovan, S.; Elwell, Jessica; Larsen, Dennis (HTML/PDF) (en anglès) Oxygen Production from Mars Atmosphere Carbon Dioxide Using Solid Oxide Electrolysis. ECS - The Electrochemical Society, 78, num.1, 2017, pàg. 2953-2963. DOI: 10.1149/07801.2953ecst.
* ↑ Baraona, David; Baird, R.; Flynn, Howard; Ratliff, James; Jenkins, Phillip; Landis, Geoffrey; Scheiman, David; Johnson, Kenneth; Karlmann, Paul; E, al. «The 2001 Mars In-situ-propellant-production Precursor (MIP) Flight Demonstration - Project objectives and qualification test results». A: Space 2000 Conference and Exposition (en anglès), 2000. DOI 10.2514/6.2000-5145 [Consulta: 17 gener 2021].
* ↑ «Mars 2020 Mission» (en anglès). National Academies: JPL California Institute of Technology. [Consulta: 17 gener 2021].
* ↑ MOXIE Team. NASA. Consultat: el 17 de gener de 2021.
* ↑ «NASA's Perseverance Mars Rover Extracts First Oxygen From Red Planet». NASA. [Consulta: 22 abril 2021].

## Vegeu també

* Atmosfera de Mart
* Composició de Mart
* Exploració de Mart