Para Fazer Oxigénio em Marte, o Perseverance Rover da NASA precisa de MOXIE

P>Pôr botas em Marte não é fácil, mas é muito mais fácil do que trazê-las de volta.
Esta semana, a NASA lança o seu Perseverance Rover numa viagem só de ida à superfície de Marte. Entre muitas outras ferramentas, a embarcação transporta um instrumento experimental que poderá ajudar os astronautas no futuro a fazer viagens de ida e volta ao planeta. A Experiência de Utilização de Recursos de Oxigénio de Marte In-Situ, ou MOXIE, é pequena, aproximadamente do tamanho de uma bateria de automóvel. Foi concebida para demonstrar uma tecnologia que converte dióxido de carbono em oxigénio com um processo chamado electrólise. A fina atmosfera de Marte é 95 por cento de dióxido de carbono, mas enviar qualquer coisa de volta para o espaço requer combustível, e queimar esse combustível requer oxigénio. A NASA poderia enviar oxigénio líquido para o planeta, mas o volume necessário ocupa uma boa parte do espaço.
MOXIE poderia mostrar o caminho para uma solução. Se bem sucedida, uma versão em maior escala da tecnologia de produção de oxigénio da MOXIE poderia então ser utilizada para lançar um foguetão para casa. “A NASA definitivamente não quer simplesmente deixar as pessoas em Marte”, diz Asad Aboobaker, engenheiro do Laboratório de Propulsão a Jacto da NASA.

Michael Hecht, director associado do MIT responsável pela MOXIE, diz que desde os anos 90, as discussões sobre a exploração de Marte voltaram sempre a uma lista de quatro questões em aberto. Duas giravam em torno de provar que Marte é suficientemente seguro para as missões humanas, uma vez que a atmosfera nua do planeta ameaça qualquer coisa na sua superfície com tempestades de poeira e radiação. Essas questões já foram resolvidas. A Odisseia de Marte de 2001 mediu a radiação no planeta e à volta dele, informando como teria de ser construído um escudo para os astronautas. Após 2007, o aterrador Phoenix traçou o perfil da poeira e da química do solo de Marte, e encontrou nutrientes que poderiam sustentar as plantas da Terra. Outra pergunta foi feita sobre a forma como grandes veículos poderiam aterrar no planeta. Esta preocupação foi abordada à medida que quatro veículos da NASA aterraram em segurança no planeta entre 1996 e 2011. A quarta pergunta, ainda sem resposta, perguntava como poderíamos trazer todos os recursos necessários para Marte.

O maior recurso ainda pendente, de acordo com Hecht, é um propulsor necessário para um voo de regresso a casa. “Tudo o que tem de fazer para se convencer disso é olhar para um foguetão enquanto este se lança da Terra”, diz Hecht. “Há um enorme tanque de oxigénio para levantar uma pequena cápsula no topo”

MOXIE é apenas uma ferramenta no rover Perseverance de 2 mil milhões de dólares; a embarcação inclui também um helicóptero Mars e SHERLOC, um laser ultravioleta que irá procurar sinais de vida antiga. Apesar do revestimento em ouro da MOXIE, parece humilde pela sua ambiciosa missão. O invólucro da experiência é uma caixa aproximadamente cúbica, medindo cerca de um pé em todas as dimensões.

Within that tidy casing is a compressor, a filter and a rigorously tested ceramic stack which carries the electrolysis reaction. Cada elemento deve funcionar remotamente, com precisão, e em condições que sufocam peças móveis e desgastam hardware precioso.

A atmosfera em Marte é 170 vezes mais fina do que na Terra. Embora o ar seja tão rico em dióxido de carbono, a baixa pressão significa que as quantidades ambientais de ar que flutuam no núcleo reactivo do MOXIE não produzirão muito oxigénio. O compressor da MOXIE, no entanto, aspira o dióxido de carbono próximo e alimenta a unidade de electrólise a uma pressão semelhante à da Terra. Aí, um catalisador químico operando a 800 graus Celsius arranca um átomo de oxigénio de cada CO2 recebido. Pares de átomos de oxigénio rapidamente se combinam para formar o oxigénio diatómico estável, que sai com monóxido de carbono.

p>Desde que a MOXIE funciona tão quente, mantendo o equipamento a salvo de si mesmo e o resto das ferramentas de Perservance requer um isolamento de alta tecnologia. Complicando ainda mais a questão é que Marte em si é um planeta frio. A sua escassa atmosfera luta para reter o calor do dia, pelo que a Perseverança pode esperar enormes oscilações de temperatura, de possíveis altas nos anos 60 Fahrenheit a baixas tão baixas como 130 abaixo de zero. “Queremos mostrar que podemos correr de dia, e de noite, no Inverno, e no Verão, e quando está empoeirado…em todos os diferentes ambientes”, diz Hecht.

Insular uma experiência de alta temperatura para operar em tal foi duro, segundo a Aboobaker, que tem estado envolvida nos testes MOXIE no Laboratório de Propulsão a Jacto da NASA desde 2014. “Como é que se constrói? E como o embalam de uma forma que sobreviva ao lançamento?”, diz ele. “Houve muita iteração”

Os engenheiros da NASA utilizaram aerogeles desenvolvidos para um projecto totalmente diferente como isolante leve e durável. Cada solução como esta aumentou a probabilidade de sucesso, e até revelou novas ciências – a equipa publicou recentemente um estudo sobre como os filtros funcionam numa atmosfera marciana simulada. “Já aprendemos tanto sem sequer ir a Marte”, diz Hecht.

De acordo com Hecht, a agenda ocupada da Perseverance também apresenta um enorme desafio técnico para a operação da MOXIE. O instrumento tem de ligar e desligar para partilhar a preciosa energia da bateria com outros instrumentos a bordo. Tudo isso parar e começar a congelar e a oscilar é rude no sistema. Os testes da MOXIE revelaram que esta ciclagem degrada a experiência de muitas maneiras. A equipa utilizou correcções – como a recirculação de algum monóxido de carbono para impedir que o dióxido de carbono degradasse o local de reacção – para resolver o problema da ciclagem, que Hecht diz ser “o problema mais difícil”

NASA finalizou o seu trabalho de hardware em Março de 2019. Uma vez que a Perseverança só vai aterrar em Fevereiro próximo, o hardware da MOXIE terá ficado inutilizado durante quase dois anos. “Para começar, ficar sentado numa prateleira durante dois anos é um desafio”, diz Hecht. “Para não mencionar o abuso extremo por que passa entre deixar aquela prateleira e ligar Marte”

Asked se isso for uma grande preocupação neste momento, Aboobaker responde “Não, porque nós concebemos para isso”

p> Uma incerteza persistente, de acordo com Hecht, é deixar a MOXIE correr sozinha sem alguém por perto para dar um murro no botão. Se um sensor com falhas conduzir a tensão do instrumento demasiado alta, o carbono elementar pode formar e arruinar a experiência.

“Espero totalmente que a MOXIE faça o que diz que vai fazer”, diz Julie Kleinhenz, uma especialista em recursos da NASA não envolvida no desenvolvimento da MOXIE. Mas Kleinhenz diz que a MOXIE enfrenta o que ela chama de “desconhecido desconhecido”. O ambiente único de Marte poderia conter surpresas, tais como efeitos desconhecidos do pó. “A ideia aqui é experimentar algo que seja uma boa aposta, ver o que faz, e recuperar os dados”

Em Marte, o sucesso será de certa forma pouco cerimonioso. “Se estivesse ao lado do rover – num fato espacial, obviamente – provavelmente não seria capaz de dizer que muito se passava na realidade”, diz Aboobaker.

MOXIE não estará a encher nenhum tanque com o seu oxigénio. Em vez disso, os cientistas seguirão o sucesso com três medidas independentes: um sensor de pressão no percurso do gás; uma molécula fluorescente que escurece depois de encontrar oxigénio; e uma corrente eléctrica da reacção. A perseverança está também a trazer microfones – os primeiros de qualquer missão Mars. Os cientistas que escutam a alimentação de áudio vão estar atentos ao zumbido de um compressor saudável.

MOXIE é esperado há muito tempo, mas apenas produz cerca de seis gramas de oxigénio por hora, aproximadamente a taxa de respiração de um corgi. Os humanos precisam várias vezes dessa quantidade para respirar, e um foguetão precisa cerca de 200 vezes esse oxigénio para regressar a casa. Para os cientistas, um ano marciano de sucesso – 687 dias de terra – seria uma luz verde para aumentar a escala de MOXIE para além das escalas semelhantes às dos corgi. Uma vez que uma unidade totalmente capaz também precisaria de funcionar 1000 vezes mais tempo do que a MOXIE, os engenheiros podem usar os resultados da MOXIE para manter os projectos tão fiáveis – e compactos – quanto possível. E a NASA pode encomendar outras experiências de recursos, tais como a produção de metano, para fazer combustível para foguetes. Mas como a produção de metano implica encontrar, escavar e derreter gelo em Marte, Hecht diz que é mais provável “quando tivermos botas no chão”. Quaisquer que sejam os objectivos futuros, o timing da órbita de Marte significa que a próxima missão só acontecerá daqui a 26 ou 52 meses, pelo menos.

Asked se alguma vez aceitaria uma oportunidade de visitar o próprio Marte, Hecht ri-se, dizendo “Ei, não me sinto confortável no topo de uma escada”. Depois de mais reflexão, ele admite que não podia transmitir a oportunidade. O engenheiro Aboobaker da NASA tem uma advertência. “Marte parece ser um bom lugar para visitar”, diz ele. “Seria fantástico…se pudesse ter a certeza de poder voltar”