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等離子體反應(yīng)堆可在火星上制造氧氣
作者：李木子 來源：中國科學(xué)報(bào) 
山東拓普生物工程有限公司  http://xhztyn.cn
去年，美國國家航空航天局（NASA）實(shí)現(xiàn)了科幻作家?guī)资�年來一直夢想的事：在火星上制造氧氣。NASA的“毅力號”探測器上安裝了一個(gè)微波大小的裝置，可將二氧化碳轉(zhuǎn)化為可供呼吸10分鐘的氧氣�，F(xiàn)在，物理學(xué)家說，他們已經(jīng)構(gòu)想出一種方法，在等離子體反應(yīng)堆中使用電子束來產(chǎn)生更多的氧氣。
麻省理工學(xué)院的實(shí)驗(yàn)科學(xué)家Michael Hecht說，有朝一日，這項(xiàng)技術(shù)不僅可以幫助宇航員在這顆紅色星球上呼吸，還可以用來制造燃料和肥料。但是負(fù)責(zé)制氧探測車儀器的Hecht說，新方法在能夠搭便車到達(dá)我們的太陽鄰居之前，仍有許多挑戰(zhàn)需要克服。
當(dāng)“毅力號”于2020年登陸杰澤羅隕石坑時(shí)，它進(jìn)行了火星氧原位資源利用實(shí)驗(yàn)（MOXIE）。該裝置吸入火星空氣，其中95%是二氧化碳。通過在電化學(xué)電池中兩個(gè)極性相反的電極之間注入電流，MOXIE可以將二氧化碳分解為一氧化碳和氧離子。然后氧離子相互結(jié)合產(chǎn)生氧氣。
這個(gè)實(shí)驗(yàn)成功地證明了這個(gè)概念。但為了工作，MOXIE需要給火星空氣加壓并加熱——需要額外的部件來消耗能量，使其體積龐大。
里斯本大學(xué)的物理學(xué)家Vasco Guerra認(rèn)為，等離子體反應(yīng)堆可能是更好的方法。一束電子被加速到一個(gè)特定的能量水平，可以將二氧化碳分解成它的組成離子，或等離子體，就像MOXIE一樣。
此外，等離子體反應(yīng)堆非常適合火星大氣層，因?yàn)榛鹦谴髿鈱颖鹊厍虼髿鈱颖?00倍左右。Guerra說，在稀薄的空氣中制造和加速電子束要容易得多。
在實(shí)驗(yàn)室里，他和同事將與火星壓力和成分相匹配的空氣注入金屬管中。與MOXIE不同，它們不需要壓縮或加熱空氣。然而，通過向反應(yīng)室發(fā)射電子束，他們能夠?qū)⒋蠹s30%的空氣轉(zhuǎn)化為氧氣。研究小組在《應(yīng)用物理雜志》上報(bào)告說，他們估計(jì)這個(gè)裝置每小時(shí)可以產(chǎn)生大約14克氧氣：足夠支撐28分鐘的呼吸。
Hecht指出，Guerra的團(tuán)隊(duì)仍然需要解決一些實(shí)際問題。他說，要想在火星上工作，等離子體設(shè)備需要一個(gè)便攜式電源和一個(gè)儲存氧氣的地方，所有這些都可能使它看起來不像MOXIE那么笨重。Hecht說，如果航天機(jī)構(gòu)愿意花費(fèi)數(shù)百萬美元來研發(fā)等離子體，就像NASA研發(fā)MOXIE那樣，等離子體方法就會成熟。他特別喜歡電子束如何被調(diào)節(jié)來分裂其他大氣分子，如氮，以制造肥料。他說：“等離子技術(shù)沒有什么問題，只是比MOXIE技術(shù)成熟得多�！�
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1063/5.0098011