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目前 ， 就地资源利用（ISRU）仍然是一门非常早期的科学 。 因此 ， 该系统的技术还有待改进 。 其中一项技术为ISRU（氧气）创造了最有用的材料之一 ， 即 MOXIE：火星氧气原位资源利用实验 。 去年 ， 一个小型的 MOXIE 模型在毅力号上进行了测试 。 它的主要目标是在火星大气中制造氧气 。
氧气在很多方面都很有用 —— 作为火星上升飞行器的火箭燃料 ， 火星样本返回任务的一部分 ， 以及必要的生命维持气体 。 火星或其他任何行星上的任何纯氧来源 ， 都会受到前往那里的人类探险家的欢迎 。 现在 ， 一项被称为“热摆动吸附/解吸”（TSSD）循环的竞争性技术正得到NASA创新先进概念（NIAC）计划的支持 。 该技术真的有那么好吗？
要回答这个问题 ， 首先 ， 最好了解 MOXIE 的能力 。 其基础技术 ， 即使用固体氧化物电解槽电池 ， 这已经在地球上被很好地理解和使用了多年 。 为了让它在火星上工作 ， 工程师们增加了一个叶轮来集中火星的大气 。 加压后 ， 大气会升温至800摄氏度 ， 然后二氧化碳会经过电解 ， 将氧与碳分离 。
这就产生了纯氧 ， 但它也有一些明显的缺点 。 首先 ， 是这个过程中会产生的另一种元素：碳 。 部分原因是碳太常见了 ， 它对ISRU来说并不是一种有价值的材料 ， 所以它被认为是一种浪费 ， 而不是可以回收的东西 。 因此 ， 它有时会堵塞电解槽本身 。 碳并不是潜在干扰的唯一来源 。 火星灰尘可能会堵塞机械泵 ， 而机械泵需要将稀疏的火星大气集中到足够的程度 ， 以使电解器正常运转 。 该泵还有助于系统的整体电力需求 ， 其中 ， 还包括必须在800摄氏度的高温下运行的电解槽 。
所有这些能量消耗都使得系统成本高昂 。 一台每小时能产生2公斤氧气的 MOXIE 机器（足以支持两个宇航员）需要大约25千瓦的电力 ， 略低于美国家庭平均每天的用电量 。 虽然这看起来不是很多 ， 但在火星上利用太阳能的前景要困难得多 。 任何为运行 MOXIE 系统而建造的早期太阳能发电厂 ， 都将使它只能为两名宇航员提供氧气的栖息地相形见绌 。
上图：NIAC 项目的伊万·埃尔马诺斯基博士处理另一个太阳能热化学系统的照片 。
而TSSD ， 它很好地消除了MOXIE的所有三个主要问题 。 该系统本身依赖于一个热化学泵系统 ， 该系统依靠热差将大气移动到适当的位置 ， 而不需要机械泵 。 它也不会受到碳污染 ， 因为它不会分解二氧化碳 。 最后 ， 它不需要太多的能量 ， NIAC资助项目的PI、亚利桑那州立大学的研究教授伊万·埃尔马诺斯基（Ivan Ermanoski）博士预计 ， 它的效率将比 MOXIE 高90% 。
虽然 ， 关于如何实现这一切的细节仍然需要充实 ， 但在概念上 ， 2020年3月发表的一篇论文支持了这一想法 。 NIAC项目本身将继续这一进程 。 能否在火星上找到在合适的环境条件下工作的合适的吸附材料 ， 似乎是一个材料科学问题 。 然而 ， 如果该系统的一半优势得以实现 ， 这将意味着ISRU技术在火星和其他地方的一次巨大飞跃 。
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