Кратко про новую хайтех-перемогу.
> 21 апреля, стало известно, что ровер Perseverance, американского агентства NASA, сумел получить кислород на Марсе из его атмосферы, которая на 96 процентов из углекислого газа. Отмечается, что всего Perseverance провел уже более двух месяцев на Красной планете и осуществил ряд экспериментов. Сообщается, что для переработки углекислого газа использовался аппарат MOXIE, который находится в ровере. Отмечается, что за неопределенный промежуток времени аппарат выработал 5,4 грамма кислорода. По расчетам агентства, этого хватит для 10 минут свободного дыхания астронавта. Сообщается, что MOXIE должен вырабатывать до 10 граммов кислорода в час. В NASA пояснили, что такие аппараты в будущем могут выработать необходимое количество кислорода для перемещения астронавтов.
Картинки из псевдотехнических молодёжных пабликов, любимого жанра "вот японский человекоподобный робот, пилотируемый старшеклассницей в клетчатой мини-юбке, но у тебя крымнаш и скрепы, увы", не привожу, но в общем число воя про:
- Прорыв! Успех! О божечки, божечки, они опять сделали это! (срывает с головы ушанку, комкает её и в слезах кидает на пол, поминая зарплату Сечина и 1000 и 1 дворец Темнейшего)
- Итак, американцы начали терраформить Марс, а у нас скоро запретят интернет, спасибо Путину (геолокация: Житомир)
- Юра, прости, мы всё проє..., на Марсе яблони зацветут но не наши (геолокация: Житомир-Житомир, в нике серп и молот, под будёновкой трёхметровый чуб)
- Ну вот и НАЧАЛОСЬ (Андрюха, по коням, у нас верующий в пунктирную жизнь ожидатель понедельничной перемоги и начинатель новой жизни с 1 числа кони двигает)
местами зашкаливает.
Разберёмся, что происходит.
Первым делом - что это за агрегат.
> MOXIE acquires, compresses and heats Martian atmosphere using a HEPA filter, scroll compressor, and heaters, then splits the CO2 molecules into O2 and CO using solid oxide electrolysis. A solid oxide electrolysis cell works on the principle that, at elevated temperatures, certain ceramic oxides, such as yttria-stabilized zirconia (YSZ) and doped ceria, become oxide ion (O2–) conductors. A thin nonporous disk of YSZ (solid electrolyte) is sandwiched between two porous electrodes. CO2 diffuses through the porous electrode (cathode) and reaches the vicinity of the electrode-electrolyte boundary. Through a combination of thermal dissociation and electrocatalysis, an oxygen atom is liberated from the CO2 molecule and picks up two electrons from the cathode to become an oxide ion (O2–). Via oxygen ion vacancies in the crystal lattice of the electrolyte, the oxygen ion is transported to the electrolyte-anode interface due to the applied DC potential. At this interface the oxygen ion transfers its charge to the anode, combines with another oxygen atom to form oxygen (O2), and diffuses out of the anode.
> power supply capable of delivering up to 4 A for SOXE conversion, sufficient to produce O2 at a rate of up to 1.2 g/hr/cell, or 12 g/hr for the stack.
> Technical resource allocations for MOXIE are 18 kg, an allocated volume of 23.9×23.9×30.9 cm, and two 10-amp power switches. The inlet filter adds an additional 23×9×12 cm.
То есть это компрессор, доводящий марсианскую атмосферу до нужной кондиции и всасывающий её через HEPA-фильтр, и блок, отвечающий за электролиз. Блок разогревается до ~800 градусов и начинает щепить CO2 из атмосферы, выдувая кислород через трубочку, а лишние газы - вбок. (см. картинки)
Пиковая производительность ячейки - 1.2 грамма кислорода в час. И сразу же к вопросам о масштабировании:
> With respect to scale-up, the power required to operate the MOXIE compressor poses a challenge. The choice of a scroll compressor for MOXIE was strongly influenced by the severe constraints on mass and volume imposed by the Mars 2020 mission, with less priority on energy efficiency. Thermodynamic compression only accounts for about 21% of total power for the selected compressor, with the remainder due principally to scroll tip and bearing friction. MOXIE’s compressor thus requires as much as 120 W to pump 66 g/hr under conditions typical of the Mars 2020 landing site. If scaled linearly to 23 kg/hr, the power requirement would be an unacceptably high 42 kW.
... То есть мы наблюдаем достаточно распространённое явление - не-масштабируемый в перспективе proof of concept. Да, оно работает. Но никакие практические задачи оно не решит.
Всё дело в том, что основная задача "как насинтезировать кислорода на местности" - она не про создание марсианской атмосферы, это всё ж удел фантастов; она про то, что таскать с собой туда-сюда и топливо и окислитель - безумно неэффективно, и если бы удалось хотя бы окислитель синтезировать на месте, то это бы уже очень сильно помогло в вопросах "как с Марса-то назад лететь".
Минимальные подсчёты говорят о том, что нужны десятки тонн жидкого кислорода. Для добычи его при помощи MOXIE и подобных агрегатов потребуется чудовищный объём мощности. Её просто нет в таких масштабах.
Ситуация добивается тем, что стандартная сказка "главное что начали, главное что хоть что-то получилось, а дальше прокачают-оптимизируют" здесь не работает.
На входе у системы - марсианская атмосфера. У неё слабое давление, которое ещё и меняется, поэтому чтобы всасывать её в агрегат, нужно создавать ещё меньшее давление внутри входного контура, динамически его изменяя. Отсюда гарантированные расходы на компрессор, которому в любом случае надо доводить ещё более разрежённую, чем снаружи, смесь до кондиции.
Пылевые бури и общее число частиц в воздухе Марса таковы, что без HEPA-фильтра - он на картинке - система помрёт через час-другой, забившись пылью. Как долго и надёжно фильтровать входящий поток - неизвестно, фильтр одноразовый, плюс когда он забивается, то расход мощности ещё более увеличивается.
Блок ячеек, который может за час изготавливать граммы кислорода, сейчас потребляет под 300 ватт. Чтобы насинтезировать сколь-нибудь значительный объём - а потом ещё сжать его, нам же жидкий кислород нужен - к коробочке надо подводить ЛЭП. ЛЭП на Марсе нету.
Развернуть масштабную генерацию "на месте", используя солнечные панели, также не представляется возможным - панели надо притащить, развернуть, и всё это упрётся в те же самые пылевые бури, которые очень быстро приведут систему в негодность (многократно обсуждалось на примере вопроса "почему глупые взрослые не заставят все пустыни панельками, там же солнышка много"). Суточные перепады температур, ветер до 100 м/с, в котором мелкий абразив - про всё это неплохо читать в фантастике (рекомендую пророческий рассказ Шекли "Поднимается ветер"), но на практике непонятно, что с этим всем делать (кстати не вздумайте спрашивать маскофилов, как не могущая взлететь в ветерок 5 м/с водокачка-цистерна будет приземляться на Марсе в таких условиях).
... По сути, происходит интересная показуха - при очевидной непригодности технологического решения его моделька выдаётся за технический прорыв. Используются шаблоны целевой аудитории про "всё можно прокачать-пропатчить-допилить и так до бесконечности улучшая все характеристики продукта", работающие в плане программного обеспечения (да и то кое-как), но никак не применимые к материальному миру. И всем норм, счастье и успешный успех. При том, что по факту вся движуха изначально тупиковая в плане перспектив.
Все темы с освоением далёких и близких планет и звёздных систем упираются не во фрейдизм с Самой Толстой Мегагигаракетой, а в фундаментальные вопросы энергетики. Пока они не решены от слова "никак" - смысла в исследованиях, опирающихся на то, что на Марсе есть розетка с бесконечным электричеством, просто нет. Перспективной, в отличие от запусков огромных пепелацев и красивого подрыва оных, является российская разработка на базе ядерных источников питания, но тонкость в том, что у США по этому фронту ни технологий, ни перспектив их как-то заполучить особо нет. В этом, в принципе, и суть всей отвлекающей маскодвижухи с пиаром заведомо нерабочего подхода к освоению окрестностей Земли.
