怎么制氧气科学家找到火星制氧新方法

　　艺术家关于宇航员探索火星的构想。图片来源：NASA
　　去年，美国宇航局（NASA）实现了科幻作家几十年来的梦想：在火星上制造氧气。NASA“毅力”号探测器上安装的一个装置，可将二氧化碳转化为可供呼吸10分钟的氧气。现在，物理学家说，他们已经构想出一种方法，在等离子体反应堆中使用电子束产生更多的氧气。
　　麻省理工学院实验科学家Michael Hecht说，有朝一日，这项技术不仅可以帮助宇航员在这颗红色星球上呼吸，还可以用于制造燃料和肥料。但是负责火星车上制氧设备的Hecht说，人们利用新方法搭便车到达我们的太阳“邻居”之前，仍有许多挑战需要克服。
　　在2020年降落在杰泽罗陨石坑后，“毅力”号进行了火星氧气原位资源利用实验（MOXIE）。该实验装置吸入火星空气，其中95%是二氧化碳。通过在电化学电池的两个极性相反的电极之间注入电流，MOXIE可以将二氧化碳分解为一氧化碳和氧离子。最终氧离子相互结合产生氧气。
　　为了工作，MOXIE需要给火星空气加压并加热，这就需要额外的部件来消耗能量，并导致其体积庞大。
　　葡萄牙里斯本大学物理学家Vasco Guerra认为，等离子体反应堆可能是更好的方法。一束电子被加速到一个特定的能量水平，可以将二氧化碳分解成它的成分离子，或等离子体，就像MOXIE一样。
　　此外，等离子体反应堆非常适合火星大气层，因为后者厚度是地球大气层的1/100左右。Guerra说，在稀薄的空气中制造和加速电子束要容易得多。
　　在实验室里，Guerra和同事将与火星压力和成分相匹配的空气注入金属管中。与MOXIE不同，它们不需要压缩或加热空气。然而，通过向反应室发射电子束，他们能将大约30%的空气转化为氧气。研究小组8月16日在《应用物理杂志》报告说，他们估计这个装置每小时可以产生大约14克氧气，足够支撑28分钟的呼吸。
　　Hecht指出，Guerra团队仍然需要解决一些实际问题。他说，要想在火星上工作，等离子体设备需要一个便携式电源和一个储存氧气的地方，所有这些都可能使它看起来不像MOXIE装置那么笨重。Hecht说，如果航天机构愿意花费数百万美元研发等离子体反应堆，就像NASA研发MOXIE那样，这种方法就会成熟。“等离子技术没有什么问题，只是它没有MOXIE技术那么成熟。”他说。
　　相关论文信息：https://doi.org/10.1063/5.0098011