A representação deste artista mostra o rover Perseverance da NASA em ação explorando a Cratera Jezero em Marte. Com a ajuda do MIT, a Perseverance se aprofundou em questões sobre a vida no Planeta Vermelho do que nunca.
Crédito da imagem: NASA / JPL-Caltech
Liderada por pesquisadores do MIT, um dos experimentos a bordo da próxima missão ao Planeta Vermelho visa gerar oxigênio do ar marciano.
Em 30 de julho, uma janela de oportunidade de duas semanas se abriu para que o Perseverance - o mais novo veículo espacial de Marte, forjado no espírito da curiosidade humana - inicie sua jornada em direção ao Planeta Vermelho com o lançamento do Centro de Lançamento Espacial de Cabo Canaveral, no leste da Flórida. costa. Com a ajuda do MIT, esta última missão da NASA se baseará no legado de seus predecessores itinerantes de laboratório e se aprofundará mais do que nunca em questões sobre a vida em Marte.
Em seu estado atual, Marte é inóspito; a superfície está empoeirada e a única água disponível é congelada perto dos pólos, no subsolo profundo, ou tão firmemente ligada ao solo que precisaria ser cozida no forno para extraí-la. O ar é respirável e a atmosfera fina permite níveis preocupantes de radiação, mantendo uma temperatura média de -81 graus Fahrenheit. No passado, no entanto, pode ter parecido muito mais com a Terra e mais sustentável para a vida.
Os objetivos do Perseverance - um componente de assinatura da maior missão Mars 2020- exploram questões dessa antiga habitabilidade, caracterizam o meio ambiente e ajudam a pavimentar o caminho para futuras explorações humanas. Um dos sete experimentos que viajam no rover abordará especificamente missões humanas futuras em Marte: MOXIE, abreviação do Experimento de utilização de recursos in situ OXygen em Marte, nos ajudará a nos preparar para essas primeiras missões, demonstrando que podemos produzir nosso próprio oxigênio em Marte use para propulsor de foguetes e para a tripulação respirar quando os astronautas chegarem lá. O MOXIE foi proposto e desenvolvido por meio de uma colaboração entre pesquisadores do Observatório do Haystack do MIT e do Departamento de Aeronáutica e Astronáutica do MIT (AeroAstro), juntamente com engenheiros do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA (JPL).
O MIT também está bem representado em outros aspectos da missão. O perseverance terá um sistema sofisticado de seleção, retirada do núcleo, armazenamento em cache e preservação de amostras de rocha e solo que um dia trará de volta à Terra. A professora de geobiologia e membro do Grupo de Ciência do Projeto da missão, Tanja Bosak, e a professora de ciências planetárias Ben Weiss, do Departamento de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias (EAPS) do MIT, são cientistas participantes de uma equipe de 10 pessoas para seleção de amostras de retorno. Com experiência em processos biogeoquímicos e sedimentológicos em sistemas microbianos e paleomagetismo e geofísica planetária, eles têm a tarefa de ajudar a identificar amostras promissoras na superfície marciana para centralizar, coletar e analisar sinais de vida anterior e evolução da habitabilidade do planeta. E Ariel Ekblaw, uma estudante de pós-graduação em artes e ciências da mídia e fundadora e líder da Iniciativa de Exploração Espacial do MIT Media Lab, contribuiu para um experimento móvel durante um verão no JPL, que procurará evidências de micróbios passados .
A pequena árvore mecânica
No filme de 2015 Perdido em Marte , quando o astronauta Mark Watney (interpretado por Matt Damon) ficou preso em Marte, ele conseguiu sobreviver o tempo suficiente para coordenar uma missão de resgate com sua tripulação vivendo na terra do Planeta Vermelho. Esse é o princípio básico por trás da utilização de recursos in situ, ou ISRU, e o MOXIE representa um primeiro passo importante na realização do ISRU para futuros exploradores de Marte.
“Você não apenas precisa de oxigênio para as pessoas respirarem, mas também precisa que o foguete respire. Se você está queimando combustível, precisa de oxigênio para consumi-lo ”, diz Michael Hecht, pesquisador principal da MOXIE e diretor de pesquisa do MIT Haystack Observatory, em Westford, Massachusetts. "Há uma razão pela qual os tanques de oxigênio são os itens mais pesados em um manifesto de voo espacial."
Os lançamentos consomem muito combustível: impulsionar uma espaçonave para sair da força gravitacional da Terra requer muita energia, e retornar à Terra exige repetir tudo isso. Além disso, os tanques pesados necessários para transportar o oxigênio necessário para uma determinada missão ocupam imóveis preciosos em uma espaçonave cuidadosamente calibrada. É aqui que entra a abordagem ISRU.
"Em vez de levá-lo conosco, por que não fazê-lo quando chegarmos lá quando precisarmos?" Diz Hecht. “O oxigênio existe em Marte, mas não de uma forma que possamos usá-lo. Então esse é o problema que estávamos tentando resolver com o MOXIE. ”
O MOXIE coletará dióxido de carbono (CO2) da atmosfera marciana e eletroquimicamente o dividirá em moléculas de oxigênio e monóxido de carbono.
Animação: NASA / JPL
Uma fonte potencial de oxigênio é o gelo que existe sob a superfície marciana. Mas a mineração desse gelo exigiria máquinas complexas, e o ato físico de cavar e perfurar colocaria um desgaste significativo no equipamento, o que é um problema quando uma pessoa que repara está a um planeta de distância. Felizmente, havia outro recurso potencial que a equipe pode utilizar para gerar oxigênio: a atmosfera.
“Com a abordagem de mineração, você precisa extrair o gelo, refinar e processá-lo para liberar o oxigênio e trazê-lo de volta, o que não é algo que possamos fazer de maneira robótica, especialmente dentro das restrições de espaço”, diz Hecht. “Eu queria encontrar uma abordagem muito mais simples. Como a atmosfera marciana é de cerca de 96% de dióxido de carbono, construímos uma pequena árvore mecânica, porque isso é muito mais fácil do que construir uma empresa de mineração independente e em miniatura. ”
O objetivo da MOXIE: coletar o dióxido de carbono abundante no ar marciano, convertê-lo em oxigênio e medir a pureza do oxigênio. Depois de aspirar o ar marciano, o sistema filtra a poeira, a comprime e depois a alimenta no eletrolisador de óxido sólido (SOXE), o elemento principal que absorve o dióxido de carbono pressurizado e usa uma combinação de eletricidade e química para dividir a molécula em oxigênio e monóxido de carbono. A pureza do oxigênio é analisada e, em seguida, o oxigênio é liberado de volta à atmosfera marciana.
Atualmente, o plano é realizar pelo menos 10 execuções produtoras de oxigênio em toda a missão, sob o maior número possível de condições sazonais e ambientais. Devido à intensa quantidade de energia necessária para executar o experimento MOXIE, a equipe se coordenará com os outros pesquisadores, que terão que se desligar durante o tempo de execução de várias horas do MOXIE e aguardar a maior parte do dia marciano ( chamado sol) para recarregar as baterias do Perseverance. Os dados serão enviados de volta para um laboratório no campus do MIT, onde o desempenho do MOXIE será analisado.
Montagem da equipe
Em 2013, a NASA fez uma chamada de propostas para experimentos de geração de oxigênio para o rover 2020 dentro de parâmetros específicos. Apesar de trabalhar na missão Phoenix Mars Lander durante seus 30 anos no JPL, quando Hecht se mudou para seu cargo atual no MIT Haystack Observatory em 2012, ele não esperava mais ser um “cara de Marte” - ele achou que estava terminado com Marte para sempre. Mas seus ex-colegas do JPL discordaram e pediram que ele liderasse o experimento como investigador principal. Segundo Hecht, mesmo depois de se inscrever, ele acreditava que a proposta do projeto era um tiro no escuro, mas em julho de 2014, ele e seus colegas souberam que haviam desembarcado o projeto .
“Os pesquisadores de outros laboratórios da NASA tiveram um enorme avanço e muita herança tecnológica. A seleção da MOXIE foi uma grande surpresa para mim ”, diz Hecht. “Como essa missão tem um foco centrado no ser humano, eu sabia que tínhamos que estabelecer credibilidade real com a comunidade de exploração humana, que não estávamos apenas procurando uma desculpa para fazer uma ciência interessante. Então, como convencê-los de que somos de verdade e queremos ajudar na exploração humana? Levei cerca de cinco minutos para pensar em Jeff Hoffman.
Hoffman, professor da prática no MIT AeroAstro, certamente sabe uma coisa ou duas sobre a exploração do espaço humano. Ele registrou quatro caminhadas espaciais em seus cinco vôos espaciais durante sua carreira como astronauta da NASA - incluindo a missão inicial de resgate / recuperação para reparar o Telescópio Espacial Hubble em 1993.
Além da vasta experiência de Hoffman com voos espaciais humanos, ele compartilhou outra conexão com Hecht: Hecht foi o primeiro orientador de estudantes de pós-graduação de Hoffman como um novo pesquisador do MIT antes de ser chamado para entrar no programa de astronautas em 1978 e seguir uma carreira na NASA. Ele retornou ao corpo docente do MIT em 2001 e, além de ser pesquisador principal adjunto do MOXIE, ele dirige o Laboratório de Sistemas Humanos do MIT e ministra cursos sobre sistemas de voo espacial humano.
“É uma ótima experiência colaborar com um ex-aluno de pós-graduação como colegas, especialmente em um projeto como o MOXIE, porque mostra a importância dos alunos de pós-graduação para o processo de pesquisa em uma história que se completa”, diz Hoffman. "Não apenas os estudantes de pós-graduação realizam o trabalho diário de um projeto, mas também estamos desenvolvendo a próxima geração de pessoas que continuarão explorando não apenas Marte, mas todo o sistema solar."
Os alunos de doutorado do AeroAstro Eric Hinterman SM '18 e Maya Nasr '18 estão na equipe MOXIE desde 2016, quando Hinterman estava trabalhando em seu mestrado e Nasr estava realizando um projeto de pesquisa relacionado ao MOXIE como um júnior em aeronáutica e astronáutica.
Para sua tese de mestrado, Nasr se concentrou em calibrar os sensores na unidade MOXIE, realizando experimentos sob diferentes pressões, temperaturas e condições que imitam o ambiente de Marte. O objetivo do trabalho de seu mestre era entender como os sensores podem se comportar de maneira diferente em um ambiente como o de Marte e calibrá-los adequadamente para que eles retornassem dados precisos durante a missão. Seu trabalho de doutorado se concentrará no processamento e na análise dos dados experimentais do laboratório MOXIE e dos dados de telemetria que serão enviados de Marte, o que ajudará a determinar quão bem a unidade funciona em sua tarefa de extrair oxigênio.
“Para mim, pessoalmente, significa muito trabalhar neste projeto e é incrível que o lançamento já esteja acontecendo. Eu cresci no Líbano e lembro de assistir ao pouso do Curiosity Rover e, na época, o diretor da NASA JPL era o Dr. Charles Elachi, que é originalmente libanês ”, diz Nasr. "Vê-lo no controle da missão me fez perceber que era possível fazer parte de uma missão em Marte, e é uma das razões pelas quais me inscrevi no MIT."
A mais nova integrante da equipe MOXIE é a estudante de mestrado AeroAstro, Justine Schultz, que ingressou no final da primavera de 2020. Schultz, que também trabalha em período integral na General Electric, concentrará seu trabalho de pós-graduação na construção de um modelo térmico detalhado da MOXIE.
O que há em um nome?
Como “Experiência de utilização de recursos in situ OXygen da Mars” é um bocado, a Hecht queria ser criativa com o nome do projeto. A inspiração inicial vem do refrigerante Moxie, que foi inventado em Massachusetts nos anos 1800 como um tônico calmante. Quando a empresa a misturou com água com gás para aumentar a carbonatação, começou a voar das prateleiras e se tornou um dos primeiros refrigerantes produzidos em massa nos EUA.
Além da conexão local e do importante papel do dióxido de carbono na história de sucesso da Moxie soda, Hecht achou que o significado por trás da palavra que se tornou parte do nosso léxico cultural era particularmente adequado ao projeto. Merriam-Webster define "moxie" como "energia, vitalidade, coragem, determinação e know-how". O significado mais profundo tornou-se ainda mais relevante à medida que o mundo enfrentava uma perigosa pandemia global com a linha de chegada à vista.
“A situação com o coronavírus certamente causou alguns atrasos de onde pensávamos que estaríamos, mas, felizmente, nunca colocou em risco a missão. Apesar de alguns contratempos, fomos capazes de girar e nos adaptar para manter o lançamento nos trilhos ”, afirmou Hecht. "Mas Covid-19, droga, estamos lançando este veículo espacial."
A janela de lançamento é um fator importante porque marca o período de tempo em que a órbita da Terra ao redor do sol está alinhada com a de Marte, de modo a permitir que um foguete siga uma trajetória de vôo, como mudar de faixa em uma rodovia para encontrar seu alvo. ponto de aterrissagem na cratera Jezero de Marte . A janela é fechada em 15 de agosto e não será aberta por mais 26 meses.
"Embora seja triste não ter esse momento de comemoração em pessoa, o mais importante é que chegaremos à superfície de Marte e produziremos oxigênio, o que faremos on-line em casa", diz Hoffman. “Observando tudo o que aconteceu nos últimos meses e todas as pessoas que trabalharam duro para deixar o Mars 2020 pronto para o lançamento, apesar do mundo ao nosso redor fechar, estou feliz por termos escolhido o nome Perseverance porque perseverar com a missão se tornou o nome do jogo. ”
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