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Voici comment l’atterrissage de Perseverance pourrait ouvrir la voie aux humains sur Mars

Nichée dans le ventre du rover Mars Perseverance de la NASA se trouve une boîte dorée qui, si tout se passe bien, transformera une partie de l’atmosphère mince et riche en dioxyde de carbone de la planète rouge en oxygène doux et sucré.

L’expérience, appelée Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment (MOXIE), vise à démontrer une technologie qui pourrait un jour soutenir une mission avec équipage sur Mars, car l’oxygène est une ressource vitale pour les humains à respirer et les fusées à brûler. Et avec le Le rover Perseverance doit atterrir sur la planète rouge demain (18 février), l’équipe MOXIE est ravie de se rapprocher du premier test de l’expérience.

« MOXIE se veut une démonstration d’une technologie qui va nous permettre de remplir les réservoirs d’oxygène dont une équipe de futurs astronautes aura besoin pour rentrer chez elle, pour décoller de Mars », le chercheur principal de l’expérience, Michael Hecht, un expérimentateur Un scientifique de l’observatoire Haystack du Massachusetts Institute of Technology, a déclaré à 45secondes.fr. « Aussi pour respirer, mais les fusées respirent plus que les gens et c’est le gros travail. »

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Ni les humains ni les fusées ne respireront l’oxygène de MOXIE; il s’agit simplement de tester un concept.

Cependant, MOXIE a de longues racines: la NASA a envisagé de piloter un prédécesseur lors d’une mission en 2001, a déclaré Hecht. Mais lorsque la NASA a imaginé la mission Mars 2020, l’agence a précisé qu’elle souhaitait piloter un instrument pour produire un propulseur à partir de matériaux trouvés sur Mars, et les travaux sur MOXIE ont commencé.

Mais les designers de MOXIE ne partaient pas de zéro. Le dispositif est essentiellement l’inverse d’une pile à combustible, qui brûle un mélange d’oxygène et d’un composé à base de carbone pour produire de la chaleur et du dioxyde de carbone. L’instrument ressemble également étroitement à un objet beaucoup plus banal. « Bien sûr, MOXIE est un petit arbre, non? » Dit Hecht. « Les arbres prennent [carbon dioxide] et le transformer en oxygène avec un processus chimique beaucoup plus compliqué. « 

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Pour Hecht, l’arrivée de MOXIE sur Mars marque une véritable étape vers l’envoi d’humains sur la planète rouge.

«Quand je me suis impliqué pour la première fois dans ce domaine au milieu des années 90, c’était 15 ans. C’est encore 15 ans», a-t-il déclaré à propos d’une mission avec équipage. «C’est vraiment le premier investissement substantiel, un investissement majeur de la NASA dans la démonstration de la technologie pour les humains qui se rendent sur Mars. Et pour moi, c’est une façon pour la NASA de dire: ‘Nous sommes sérieux à ce sujet, nous allons y arriver. « (MOXIE a coûté environ 50 millions de dollars, a-t-il déclaré.)

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Comment ça fonctionne

MOXIE fait du stop sur le vaisseau spatial en tant que démonstration de technologie, plutôt que de répondre à l’un des principaux objectifs du rover Perseverance qui est de rechercher des traces de la vie ancienne, de sorte que son travail n’est pas la plus haute priorité de la mission. Et MOXIE ne fonctionnera qu’occasionnellement – peut-être juste une fois tous les quelques mois, ou à peu près aussi souvent que le rover Perseverance forera des échantillons.

C’est parce que la technologie nécessite un apport d’énergie important afin de chauffer un élément clé de l’expérience à environ 1500 degrés Fahrenheit (800 degrés Celsius). Chaque fois que MOXIE fonctionne, l’instrument passera environ deux heures à se réchauffer, puis produira de l’oxygène pendant environ une heure. Ce processus utilisera la majeure partie de l’alimentation électrique du rover pour la journée. (Les variations de température dramatiques ont également posé un défi de conception, car les matériaux ne prennent pas un tel traitement avec bonté.)

MOXIE ne peut pas produire d’oxygène de nulle part, bien sûr: l’instrument va extraire le dioxyde de carbone de la mince atmosphère martienne, qui est 100 fois plus mince que celle de la Terre. Cette étape est assez délicate, surtout compte tenu de la hauteur d’altitude que la Persévérance va atterrir.

« L’atmosphère est mince et nous devons en collecter beaucoup », a déclaré Hecht. « Où nous atterrissons avec persévérance, par rapport à, disons, Curiosity ou les atterrisseurs qui l’ont précédé, c’est une très haute altitude, c’est comme essayer de le faire au sommet d’une montagne. Donc, l’air est mince, pour commencer, même comparé à Mars, il est mince. Voilà donc un autre facteur. « 

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Ensuite, il y a la chimie elle-même.

Le rover Perseverance Mars de la NASA est équipé d’un instrument innovant appelé MOXIE destiné à démontrer le potentiel d’utilisation des ressources sur la planète rouge. MOXIE (Mars Oxygen ISRU Experiment) est conçu pour créer de l’oxygène en utilisant le dioxyde de carbone natif de Mars. (Crédit d’image: NASA)

« La chose évidente à faire est de dire: » Oh, super, séparez le carbone de l’oxygène et vous avez terminé «  », a déclaré Hecht. Mais ce processus fait également de la suie de carbone solide comme sous-produit, ce qui pourrait obstruer l’instrument. Au lieu de cela, MOXIE produira du monoxyde de carbone gazeux comme sous-produit, de sorte qu’il puisse facilement se dissiper. « Nous n’en voulons pas dans nos sous-sols, mais cela ne nous dérange pas sur Mars », a déclaré Hecht à propos du résultat.

«C’est subtil, parce que vous essayez de prendre une molécule de dioxyde de carbone et de simplement arracher un atome d’oxygène et non deux», dit-il. « C’est un défi. »

Il y a aussi quelques risques à créer cette réaction. Premièrement, MOXIE ne peut pas utiliser tout le dioxyde de carbone qu’il absorbe; si c’est le cas, il peut se glisser dans la fabrication de suie de carbone au lieu de monoxyde de carbone. Un autre équilibre délicat est que si l’instrument ne reçoit pas assez d’électricité, la réaction s’inversera, fonctionnant comme une pile à combustible typique.

« Nous devons faire très attention à ne pas le laisser fonctionner comme une pile à combustible car il n’y a pas de carburant, et il commencera à se manger », a déclaré Hecht. « Comme il n’y a pas de source d’oxygène sur Mars, il commencera à extraire l’oxygène du côté anode de l’appareil et à décomposer le matériau. »

Ensuite, il y a la question de savoir quoi faire avec l’oxygène produit par la démonstration. « Nous en gardons suffisamment pour pouvoir l’échantillonner, nous pouvons nous assurer qu’il est pur, nous pouvons mesurer la quantité qui arrive, puis il fuit », a déclaré Hecht. « Nous l’avons laissé sortir de l’instrument comme si vous laisseriez l’air sortir d’un ballon. »

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Une démonstration du futur?

MOXIE est destiné à tester cette technique de production d’oxygène uniquement à petite échelle. L’instrument produira de l’oxygène à peu près au même rythme qu’un arbre de taille moyenne, a déclaré Hecht.

C’est tout ce qui est faisable dans le contexte de Perseverance, qui a environ 110 watts de puissance disponible pour l’ensemble du rover. En comparaison, une installation de production d’oxygène à part entière devrait produire environ 200 fois plus d’oxygène et nécessiterait probablement 25 ou 30 kilowatts de puissance, bien au-delà de la capacité actuelle de la NASA sur Mars.

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À certains égards, cependant, un système plus grand serait plus facile à concevoir que MOXIE, a déclaré Hecht, en particulier compte tenu des températures élevées nécessaires pour exécuter la réaction. Contrairement à MOXIE, qui doit alterner entre des températures opérationnelles et des températures beaucoup plus fraîches, une usine d’oxygène à part entière s’allumerait probablement et resterait allumée alors qu’elle était bien isolée.

Il est possible qu’une version volumineuse de MOXIE soit lancée à peu près au même moment que les astronautes dans une mission massive conçue pour regrouper tout ce dont l’équipage a besoin en un seul voyage vers Mars, a déclaré Hecht.

Mais comme la majeure partie de l’oxygène servirait à alimenter la fusée pour ramener les astronautes sur Terre, Hecht a déclaré qu’il s’attendait à ce que le successeur de MOXIE se lance probablement avant tout explorateur humain. Cette stratégie, combinée à la fenêtre de 26 mois entre les alignements favorables de la Terre et de Mars, donnerait à la NASA le temps de commencer à produire suffisamment d’oxygène pour être convaincue que les astronautes disposeraient de suffisamment de carburant pour rentrer chez eux avant le lancement.

« Vous avez tout mis en place, et vous devez espérer que cela ne casse pas et ensuite vous envoyez l’équipe », a déclaré Hecht, comparant l’infrastructure du bâtiment à l’avance à la réservation d’un hôtel. « Donc, tout ce que l’équipage doit emporter, comme si vous partez en voyage, c’est votre valise et votre brosse à dents. »

Envoyez un courriel à Meghan Bartels à [email protected] ou suivez-la sur Twitter @meghanbartels. Suivez nous sur Twitter @Spacedotcom et sur Facebook.

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