首次！火星上人工生产出氧气！

4月22日，美国航天局（NASA）宣布，正在耶泽罗陨击坑工作的“毅力”号火星车（Perseverance）首次利用火星大气中的二氧化碳制备出氧气。这项开创性的工作对将来载人登陆火星来说，是个重要的尝试。

“毅力”号化身氧气工厂（来源：the Federal/Prathap Ravishankar）

火星大气很稀薄，气压只有地球的1%，大气主要成分为二氧化碳，含量为96%，氮气有1.9%，氧气则只有0.15%。如果人类想登陆火星，必须解决供氧问题，这是由于发射窗口的原因，航天员在火星上必须停留近1年才能踏上归途。而正常人一个小时的基础耗氧量大概是14~15升，一年需要150千克，运动时和工作时对氧气的消耗会多许多。听上去好像并不多嘛。确实，人的呼吸不需要那么多，跟火箭起飞比起来根本不算啥。根据NASA的估计，让四名航天员离开火星表面将需要大约7吨的火箭燃料和25吨的氧气！我们几乎绝无可能从地球带那么多资源去火星，必须从火星上就地取材制造氧气。

“毅力”号上携带的氧气制备实验设备“默克西”（来源：NASA）

不过，这曾经是科幻小说中的情节现如今已经跨出了重要的第一步。今年登陆红色星球的美国“毅力”号火星车上携带了一个“黑科技”——默克西（MOXIE），全名是火星氧气原位资源应用实验装置（Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment），收集火星大气中的二氧化碳，并通过电化学的方法生成氧气。这是一项大胆的尝试，正如其名——moxie在英文中是“英勇、决心的性格特征”。说起这个名字，也确有来历，在19世纪晚期，美国有一款功能饮料就叫这个Moxie，据说能够提神，给人们带来活力和耐力（好似今天的“某牛”）。

Moxie饮料广告（来源：网络）

MOXIE通过采集和压缩系统（CAC）从火星大气中收集二氧化碳，把它们压缩至大约1个大气压。然后，将加压的二氧化碳气体送入固体氧化物电解槽（SOXE），在这里，二氧化碳分子（CO2）将被分解成氧气分子（O2）和一氧化碳分子（CO）。这一过程相当于燃料电池的逆反应，纯氧气将在阳极上产生。氧气在经过纯度分析后，会与一氧化碳及其他废气一同再排放回火星大气中。其中，电解槽的工作温度大约为800°C，因此需要一个复杂的热隔离系统，包括输入气体的预热和废气的冷却。

MOXIE制氧示意图（来源：NASA）

在经过2小时的预热后，MOXIE开始以每小时6克的速度制造氧气。运行1小时后，MOXIE产生了5.37克纯氧气（为了评估仪器的状态，在运行过程中有两次减少了制氧量）。这个量虽然不多，但足以维持一名宇航员10分钟的正常活动。

MOXIE首次制氧实验制氧数据（来源：MIT Haystack Observatory）

不过，1小时的工作产生10分钟的氧气，是不是有些划不来呢？这笔账还不能那么生硬地计算，因为这项实验毕竟只是一个开始。虽然量不大，也让人们收获巨大的信心。毕竟现在的MOXIE仅仅是台24厘米宽度的立方体，重量不过17公斤，制氧量最多一小时10克。如果将来能送一台更大的MOXIE部署到火星上，制氧量将是相当可观的。就如前文所说，从地球带25吨氧气到火星不太实际，但是运一台1吨重的MOXIE并非天方夜谭。

MOXIE似乎让人们看到了美好的红色未来。不过它的意义不至于此。我们回过头再来看看自己的蓝色家园，如果把这项技术用于治理温室气体排放，是不是同样意义非凡？总之，这事儿变得越来越有趣了。

MOXIE是否是将火星（M）改造成地球（E）的第一步呢？（来源：MIT Haystack Observatory