മാർസ് ഓക്സിജൻ ഇൻ–സൈറ്റു റിസോഴ്സ് യൂട്ടിലൈസേഷൻ എക്സ്പിരിമെന്റ്

ചൊവ്വയിൽ ശുദ്ധവും ശ്വസിക്കാൻ കഴിയുന്നതുമായ ഓക്‌സിജൻ വിഘടിപ്പിച്ചെടുക്കുന്നതിനായി നാസയുടെ മാർസ് 2020 റോവർ പെർസിവറൻസിൽ നടത്തിയ ഒരുപരീക്ഷണമാണ് മോക്സി (MOXIE) എന്ന ചുരുക്കപ്പേരിൽ അറിയപ്പെടുന്ന മാർസ് ഓക്സിജൻ ഇൻ-സൈറ്റു റിസോഴ്സ് യൂട്ടിലൈസേഷൻ എക്സ്പിരിമെന്റ്. മോക്സി, 2021 ഏപ്രിൽ 20 ന് സോളിഡ് ഓക്സൈഡ് ഇലക്ട്രോലിസിസ് ഉപയോഗിച്ച് ചൊവ്വയിലെ അന്തരീക്ഷത്തിലെ കാർബൺ ഡൈ ഓക്സൈഡിൽ നിന്ന് ഓക്സിജൻ ഉത്പാദിപ്പിച്ചു. മനുഷ്യ ഉപയോഗത്തിനായി മറ്റൊരു ഗ്രഹത്തിൽ അവിടത്തെ പ്രകൃതിവിഭവത്തിൽ നിന്ന്  ഓക്സിജൻ ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്ന ആദ്യ പരീക്ഷണാത്മക പ്രക്രിയയാണ്  ഇത്. ചൊവ്വയിലേക്കുള്ള ഒരു മനുഷ്യ ദൗത്യത്തിൽ ശ്വസിക്കാൻ ആവശ്യമായ ഓക്സിജൻ, ഓക്സിഡൈസർ, പ്രൊപ്പല്ലന്റ് എന്നിവ ലഭ്യമാക്കാൻ ഈ സാങ്കേതികവിദ്യ വിപുലീകരിക്കാം; അതുകൂടാതെ ഉൽ‌പാദിപ്പിക്കുന്ന ഓക്സിജനെ ഹൈഡ്രജനുമായി സംയോജിപ്പിച്ച് വെള്ളവും ഉൽ‌പാദിപ്പിക്കാം.

മസാച്ചുസെറ്റ്സ് ഇൻസ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് ഓഫ് ടെക്നോളജി, ഹെയ്സ്റ്റാക്ക് ഒബ്സർവേറ്ററി, നാസ / കാൽടെക് ജെറ്റ് പ്രൊപ്പൽഷൻ ലബോറട്ടറി, മറ്റ് സ്ഥാപനങ്ങൾ എന്നിവയുടെ സഹകരണത്തിൽ നടത്തിയ ഒന്നാണ് ഈ പരീക്ഷണം.

 ലക്ഷ്യം 
മണിക്കൂറിൽ 6-10 ഗ്രാം (0.21–0.35 ഔൺസ് / മണിക്കൂർ) എന്ന നിരക്കിൽ കുറഞ്ഞത് 98% പരിശുദ്ധിയുള്ള ഓക്സിജൻ ഉത്പാദിപ്പിക്കുക, ഇത് കുറഞ്ഞത് പത്ത് തവണയെങ്കിലും ചെയ്യുക എന്നതാണ്  മോക്സിയുടെ ലക്ഷ്യം.  അങ്ങനെ പകൽ, രാത്രി, ധൂളി കൊടുങ്കാറ്റ് എന്നിവയുൾപ്പടെയുള്ള അനുകൂലവും പ്രതികൂലവുമായ വിവിധ പാരിസ്ഥിതിക സാഹചര്യങ്ങളിൽ ഉപകരണം നിരവധി തവണ പരീക്ഷിക്കാൻ കഴിയും.

 വികസനം 

മാർസ് സർവേയർ 2001 ലാൻഡർ മിഷനുവേണ്ടി രൂപകൽപ്പന ചെയ്ത മാർസ് ഇൻ-സിറ്റു പ്രൊപ്പല്ലന്റ് പ്രൊഡക്ഷൻ പ്രീകർസർ (എം‌ഐ‌പി) എന്ന  പരീക്ഷണാടിസ്ഥാനത്തിൽ നിർമിച്ച ഉപകരണത്തിൻറെ  ഏറെ പരിഷ്കരിച്ച പതിപ്പാണ്.  ലാബറട്ടറിയിൽ ചുരുങ്ങിയ തോതിൽ  കാർബൺ ഡൈ ഓക്സൈഡ് വാതകത്തെ  ഇലക്ട്രോലിസിസിനു വിധേയമാക്കി  ഓക്സിജൻ  ഉത്പാദിപ്പിക്കാനുള്ള    ഇൻ-സൈറ്റു പ്രൊപ്പല്ലന്റ് പ്രൊഡക്ഷൻ (ISPP) എന്ന പദ്ധതിയുടെ ഭാഗമായിട്ടാണ്    എംഐപി. രൂപകൽപന ചെയ്യപ്പെട്ടത് .  മാർസ് പോളാർ ലാൻഡർ ദൗത്യം പരാജയപ്പെട്ടതിനെ തുടർന്ന് മാർസ് സർവേയർ 2001 ലാൻഡർ ദൗത്യം റദ്ദാക്കിയപ്പോൾ എംഐപിയുടെ  ആകാശയാത്രയും  പരീക്ഷണ നിരീക്ഷണങ്ങളും  തത്കാലം   മാറ്റിവെക്കേണ്ടിവന്നു.

മസാച്ചുസെറ്റ്സ് ഇൻസ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് ഓഫ് ടെക്നോളജിയിലെ (എംഐടി) ഹെയ്സ്റ്റാക്ക് ഒബ്സർവേറ്ററിയിൽ നിന്നുള്ള മൈക്കൽ ഹെച്ചാണ് മോക്സിയുടെ  പ്രധാന ഗവേഷകൻ (പ്രിൻസിപ്പൽ ഇൻവെസ്റ്റിഗേറ്റർ  അഥവാ പിഐ). മുൻ നാസ ബഹിരാകാശയാത്രികനും   എം‌ഐ‌ടിയിലെ എയറോനോട്ടിക്സ് ആൻഡ് ആസ്ട്രോനോട്ടിക്സ് വകുപ്പിലെ പ്രഫസറുമായ  ജെഫ്രി ഹോഫ്മാനാണ് സഹ ഗവേഷകൻ (ഡെപ്യൂട്ടി പി‌ഐ.)  പദ്ധതിക്ക് മേൽനോട്ടം വഹിക്കുന്ന ജെഫ് മെൽ‌സ്ട്രോം  നാസ / കാൽടെക്  സംയുക്തോദ്യമമായ  ജെറ്റ് പ്രൊപ്പൽ‌ഷൻ ലബോറട്ടറിയിൽ (ജെപി‌എൽ) നിന്നാണ്. എം‌ഐ‌ടി, ജെ‌പി‌എൽ എന്നിവയ്‌ക്കൊപ്പം ഓക്‌സ്‌ഇൻ എനർജി (മുമ്പ് സെറമാടെക്, ഇങ്ക്. ), എയർ സ്‌ക്വയർ എന്നീ സ്ഥാപനങ്ങളും ഈ ദൗത്യത്തിൽ പങ്കാളികളാണ്.    കൂടാതെ   ലണ്ടനിലെ ഇംപീരിയൽ കോളേജ്, സ്‌പേസ് എക്‌സ്‌പ്ലോറേഷൻ ഇൻസ്ട്രുമെന്റ്സ് എൽ‌എൽ‌സി, ഡെസ്റ്റിനി സ്പേസ് സിസ്റ്റംസ് എൽ‌എൽ‌സി, കോപ്പൻ‌ഹേഗൻ സർവകലാശാലയിലെ നീൽ‌സ് ബോർ‌ ഇൻസ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട്, അരിസോണ സ്റ്റേറ്റ് യൂണിവേഴ്സിറ്റി, ഡെൻ‌മാർക്ക് ടെക്നിക്കൽ യൂണിവേഴ്സിറ്റി എന്നിവയും ഈ സംയുക്ത കൂട്ടായ്മയിലെ അംഗങ്ങളാണ്.

 തത്വം 
മോക്സി, എച്ച്‍ഇപിഎ ഫിൽട്ടർ, സ്ക്രോൾ കംപ്രസ്സർ, ഹീറ്ററുകൾ എന്നിവ ഉപയോഗിച്ച് ചൊവ്വയിലെ അന്തരീക്ഷ വാതകങ്ങൾ ശേഖരിക്കുകയും കംപ്രസ് ചെയ്യുകയും ചൂടാക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. തുടർന്ന് കാർബൺ ഡയോക്സൈഡ് () സോളിഡ് ഓക്സൈഡ് ഇലക്ട്രോലിസിസ് ഉപയോഗിച്ച് ഓക്സിജൻ (O), കാർബൺ മോണോക്സൈഡ് (CO) എന്നിവയാക്കി മാറ്റുന്നു, ഇതിലെ ഓക്സിജൻ ആറ്റങ്ങൾ സംയോജിപ്പിച്ച് വാതക ഓക്സിജൻ () നിർമ്മിക്കുന്നു.

പരിവർത്തന പ്രക്രിയയ്ക്ക് ഏകദേശം  താപനില ആവശ്യമാണ്. സെറാമിക് ഓക്സൈഡുകളായ യെട്രിയ-സ്റ്റെബിലൈസ്ഡ് സിർക്കോണിയ (YSZ), ഡോപ്ഡ് സെറിയ എന്നിവ ഓക്സൈഡ് അയോൺ (O2–) കണ്ടക്ടറുകളായി മാറുന്നു എന്ന തത്വത്തിൽ അധിഷ്ടിതമായി ആണ് സോളിഡ് ഓക്സൈഡ് ഇലക്ട്രോലിസിസ് സെൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നത്. സൂക്ഷ്മസുഷിരങ്ങളുള്ള  (പോറസ്)  രണ്ട്  ഇലക്ട്രോഡുകൾക്കിടയിൽ YSZ (സോളിഡ് ഇലക്ട്രോലൈറ്റ്) ന്റെ  സുഷിരങ്ങളില്ലാത്ത  (നോൺപോറസ്) കനം കുറഞ്ഞ തകിട്  തിരുകുന്നു..    സാൻഡ്വിച്ച്  ഘടന എന്നാണ് ഇതുനെ വിശേഷിപ്പിക്കുന്നത്.   കാഥോഡിലെ സുഷിരങ്ങൾ  വഴി CO2     വ്യാപിക്കുകയും ഇലക്ട്രോഡ്-ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് അതിർത്തിപ്രദേശത്ത്  എത്തുകയും ചെയ്യുന്നു.  ഉയർന്ന താപനിലയും   ഇലക്ട്രോകാറ്റലിസിസും  ചേർന്ന്    ൽ നിന്ന്  ഓക്സിജനെ  വിഘടിപ്പിക്കുന്നു. ഓക്സിജൻ  ആറ്റം കാഥോഡിൽ നിന്ന് രണ്ട് ഇലക്ട്രോണുകൾ എടുത്ത് ഓക്സൈഡ് അയോൺ (O2–) ആയി മാറുന്നു.   ഡിസി പൊട്ടൻഷ്യലിൻറെ സ്വാധീനം മൂലം   ഓക്സിജൻ അയോണുകൾ  ഇലക്ട്രോലൈറ്റ്-ആനോഡ് ഇന്റർഫേസിലേക്ക് പോകുന്നു.  ഇവിടെ വെച്ച് , ഓക്സിജൻ അയോൺ അതിന്റെ ചാർജ് ആനോഡിലേക്ക് മാറ്റി മറ്റൊരു ഓക്സിജൻ ആറ്റവുമായി സംയോജിച്ച് ഓക്സിജൻ (O2)  തന്മാത്രയായി മാറുന്നു. ഇത് ശേഖരിച്ച് ഉപയോഗിക്കാം.

ഈ രാസ പ്രക്രിയയുടെ പൂർണ രൂപം    +  എന്നതാണ്.   എംഐപി  ചൊവ്വയുടെ അന്തരീക്ഷത്തിൽ നിന്ന് വലിച്ചെടുക്കുന്ന വാതകമിശ്രിതത്തിൽ  നിന്ന്  നിഷ്ക്രിയ വാതകങ്ങളായ നൈട്രജൻ (), ആർഗോൺ (R) എന്നിവ ഒരു ഘട്ടത്തിലും  വേർതിരിക്കപ്പെടുന്നില്ല,  മറിച്ച് കാർബൺ മോണോക്സൈഡ് (CO), ഉപയോഗിക്കാത്ത CO2 എന്നിവയോടൊപ്പം  അന്തരീക്ഷത്തിലേക്ക്  തിരിച്ചയക്കപ്പെടുന്നു.

 ചൊവ്വ പരീക്ഷണം 
ലഘുചിത്രം| 2021 ഏപ്രിൽ 20 ന് മോക്സിയുടെ ആദ്യത്തെ ചൊവ്വയിലെ ഓക്സിജൻ ഉത്പാദനം
2021 ഏപ്രിൽ 20 ന് മോക്സി ജെസെറോ ക്രാറ്ററിൽ മണിക്കൂറിൽ 5.37 ഗ്രാം (മണിക്കൂറിൽ 0.189 ഓൺസ്) എന്ന തോതിൽ ഓക്സിജൻ നിർമ്മിച്ചു, ഇത് ചൊവ്വയിലെ ഒരു ബഹിരാകാശയാത്രികന് ഏകദേശം 10 മിനിറ്റ് ശ്വസിക്കാൻ ആവശ്യമായതിന് തുല്യമാണ്. മണിക്കൂറിൽ 10 ഗ്രാം ഓക്സിജൻ വരെ സുരക്ഷിതമായി സൃഷ്ടിക്കുന്നതിനാണ് മോക്സി രൂപകൽപ്പന ചെയ്തിരിക്കുന്നത്, 4 ആമ്പിയർ ഫ്ലൈറ്റ് പവർ സപ്ലൈയുടെ പരിമിതമായ ശേഷി കാരണം സൈദ്ധാന്തിക ഉൽ‌പാദനം മണിക്കൂറിൽ 12 ഗ്രാം (0.42 oz / h) ഓക്സിജനായി പരിമിതപ്പെടുത്തിയിരിക്കുന്നു.

ഏകദേശം രണ്ട് ഭൗമവർഷങ്ങൾ, അല്ലെങ്കിൽ ഒരു ചൊവ്വ വർഷ കാലയളവിൽ, മൂന്ന് ഘട്ടങ്ങളായി ഒൻപത് തവണ കൂടി ഓക്സിജൻ വേർതിരിച്ചെടുക്കാൻ മോക്സി പദ്ധതിയിട്ടിട്ടുണ്ട്; ആദ്യ ഘട്ടം ഓക്സിജൻ ഉൽപാദനത്തെക്കുറിച്ച് കൂടുതൽ അന്വേഷിക്കും, രണ്ടാമത്തേത് വിവിധ ദിവസങ്ങളിലും, സീസണുകളിലും, അന്തരീക്ഷ സാഹചര്യങ്ങളിലും പരീക്ഷണം ആവർത്തിക്കും, മൂന്നാമത്തേത് വ്യത്യസ്ത താപനിലകളിൽ ഓക്സിജൻ ഉത്പാദിപ്പിക്കും.

 അനുമാനങ്ങൾ 
മോക്സി കാര്യക്ഷമമായി പ്രവർത്തിക്കുകയാണെങ്കിൽ, 25-30 കിലോവാട്ട് (34–40 എച്ച്പി) ഉത്പാദിപ്പിക്കാൻ ശേഷിയുള്ള ഒരു പവർ പ്ലാന്റിനൊപ്പം 200 മടങ്ങ് വലുതും മോക്സി അധിഷ്ഠിതവുമായ ഒരു ഉപകരണം ഗ്രഹത്തിൽ ഇറക്കാൻ കഴിയുമെന്ന് നാസ പറയുന്നു. 2030 കളിലെ ചൊവ്വയിലേക്കുള്ള മനുഷ്യ ദൗത്യത്തെ പിന്തുണച്ചുകൊണ്ട്, ഒരു ഭൗമവർഷത്തിൽ, ഈ സംവിധാനം മണിക്കൂറിൽ ഏകദേശം 2 കിലോഗ്രാം എങ്കിലും ഓക്സിജൻ ഉത്പാദിപ്പിക്കും. (4.4 lb / h)The Mars Oxygen ISRU Experiment (MOXIE)  PDF. Presentation: MARS 2020 Mission and Instruments". November 6, 2014.  സംഭരിച്ച ഓക്സിജൻ ജീവൻ നിലനിർത്താൻ ഉപയോഗിക്കാം, പക്ഷേ പ്രാഥമിക ആവശ്യം ചൊവ്വ യിലേക്കുള്ള വാഹനത്തിന് ആവശ്യമായ ഓക്സിഡൈസർ ആണ്.Living off the Land in the Final Frontier . NASA, 4th November 2014. ഇതിന്റെ ഉപോൽപ്പന്നമായ CO, ശേഖരിക്കുകയും കുറഞ്ഞ ഗ്രേഡ് ഇന്ധനമായി ഉപയോഗിക്കുകയും ചെയ്യാം അല്ലെങ്കിൽ CO വെള്ളത്തിൽ പ്രതിപ്രവർത്തിച്ച് മീഥെയ്ൻ () നിർമ്മിച്ച് അത് പ്രാഥമിക ഇന്ധനമായി ഉപയോഗിക്കാൻ കഴിയും. ഒരു ബദൽ ഉപയോഗമെന്ന നിലയിൽ, ഒരു സാമ്പിൾ റിട്ടേൺ ദൗത്യത്തെ പിന്തുണയ്ക്കുന്നതിനായി ഒരു ചെറിയ ഓക്സിജൻ ടാങ്ക് നിറയ്ക്കാൻ ഓക്സിജൻ ഉത്പാദന സംവിധാനത്തിന് കഴിയും.  അതേപോലെ ഓക്സിജനെ ഹൈഡ്രജനുമായി സംയോജിപ്പിച്ച് ജലവും ഉണ്ടാക്കാം.

 അവലംബം 

 പുറം കണ്ണികൾ 


വർഗ്ഗം:ഓക്സിജൻ
വർഗ്ഗം:ബഹിരാകാശ ശാസ്ത്ര പരീക്ഷണങ്ങൾ