El 30 de julio Se abre una ventana de oportunidad de dos semanas para Perseverance:el nuevo rover de Marte, forjado en el espíritu de la curiosidad humana, para comenzar su viaje hacia el Planeta Rojo con un lanzamiento desde el Centro de Lanzamiento Espacial de Cabo Cañaveral en la costa este de Florida. Con la ayuda del MIT, esta última misión de la NASA se basará en el legado de sus predecesores de laboratorio itinerantes y profundizará más que nunca en las preguntas sobre la vida en Marte.

En su estado actual, Marte es inhóspito; la superficie está polvorienta, y la única agua disponible está congelada cerca de los polos, profundo bajo tierra, o tan pegado al suelo que habría que cocinarlo en un horno para extraerlo. El aire es irrespirable y la delgada atmósfera permite niveles preocupantes de radiación mientras se mantiene una temperatura promedio de -81 grados Fahrenheit. En un momento del pasado, sin embargo, puede que se pareciera mucho más a la Tierra, y puede haber sido más sostenible de por vida.

Los objetivos de Perseverance, un componente característico de la misión más grande Mars 2020, son explorar cuestiones de esta antigua habitabilidad, caracterizar el medio ambiente, y ayudar a allanar el camino para la futura exploración humana. Uno de los siete experimentos que viajan en el rover abordará específicamente futuras misiones humanas a Marte:MOXIE, abreviatura del Experimento de utilización de recursos in situ Mars OXygen, nos ayudará a prepararnos para esas primeras misiones demostrando que podemos producir nuestro propio oxígeno en Marte para usarlo como propulsor de cohetes y para que la tripulación respire cuando lleguen los astronautas exploradores. MOXIE fue propuesto y desarrollado a través de una colaboración entre investigadores del Observatorio Haystack del MIT y el Departamento de Aeronáutica y Astronáutica del MIT (AeroAstro), junto con ingenieros del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA (JPL).

El MIT también está bien representado en otros aspectos de la misión. La perseverancia llevará un sofisticado sistema de selección, descorazonador almacenamiento en caché y preservando muestras de roca y suelo para traer algún día de regreso a la Tierra. La profesora asociada de geobiología Tanja Bosak y el profesor de ciencias planetarias Ben Weiss, ambos del Departamento de Tierra del MIT, Atmosférico, y Ciencias Planetarias (EAPS), son científicos participantes que trabajarán con este sistema para ayudar a elegir qué muestras de la superficie marciana recolectar y analizar. Y Ariel Ekblaw, un estudiante graduado en artes y ciencias de los medios y el fundador y líder de la Iniciativa de Exploración Espacial del Laboratorio de Medios del MIT, contribuyó a un experimento rover durante un verano en el JPL que buscará evidencia de microbios pasados.

El arbolito mecanico

En la película de 2015 The Martian, cuando el astronauta Mark Watney (interpretado por Matt Damon) se quedó varado en Marte, logró sobrevivir el tiempo suficiente para coordinar una misión de rescate de encuentro con su tripulación viviendo de la tierra del Planeta Rojo. Este es el principio básico detrás de la utilización de recursos in situ, o ISRU, y MOXIE representa un primer paso importante en la realización de ISRU para los futuros exploradores de Marte.

"No solo necesitas oxígeno para que la gente respire, pero también lo necesitas para que el cohete respire. Si está quemando combustible, necesitas oxígeno para consumirlo, "dice Michael Hecht, Investigador principal y director de investigación de MOXIE en el Observatorio Haystack del MIT en Westford, Massachusetts. "Hay una razón por la que los tanques de oxígeno son los elementos más pesados ​​en un manifiesto de vuelo espacial".

Los lanzamientos consumen mucho combustible:propulsar una nave espacial para salir de la atracción gravitacional de la Tierra requiere una gran cantidad de energía, y regresar a la Tierra requiere hacerlo todo de nuevo. Y lo que es más, los tanques pesados ​​necesarios para transportar el oxígeno necesario para una misión determinada ocupan un espacio precioso en una nave espacial cuidadosamente calibrada. Aquí es donde entra en juego el enfoque ISRU.

"En lugar de llevarlo con nosotros, ¿Por qué no hacerlo cuando lleguemos allí cuando lo necesitemos? ", dice Hecht." El oxígeno existe en Marte, simplemente no en una forma que podamos usarlo. Así que ese es el problema que estábamos tratando de resolver con MOXIE ".

Una fuente potencial de oxígeno es el hielo que existe debajo de la superficie marciana. Pero extraer este hielo requeriría maquinaria compleja, y el acto físico de excavar y perforar supondría un desgaste significativo del equipo, que es un problema cuando una persona que repara está a un planeta de distancia. Agradecidamente, había otro recurso potencial que el equipo puede aprovechar para generar oxígeno:la atmósfera.

"Con el enfoque minero, tienes que minar el hielo, refinarlo y procesarlo para liberar el oxígeno, y traerlo de vuelta, que no es algo que podamos hacer de forma robótica, especialmente dentro de nuestras limitaciones de espacio, "dice Hecht." Quería encontrar un enfoque mucho más simple. La atmósfera marciana tiene aproximadamente un 96 por ciento de dióxido de carbono, así que construimos un pequeño árbol mecánico, porque es mucho más fácil que construir una miniatura, empresa minera autónoma ".

El objetivo de MOXIE:recolectar el dióxido de carbono abundante en el aire marciano, convertirlo en oxígeno, y medir la pureza del oxígeno. Después de tomar aire marciano, el sistema filtra el polvo, lo comprime, y luego lo introduce en el electrolizador de óxido sólido (SOXE), el elemento clave que toma dióxido de carbono presurizado y utiliza una combinación de electricidad y química para dividir la molécula en oxígeno y monóxido de carbono. Se analiza la pureza del oxígeno, y luego el oxígeno se libera de nuevo a la atmósfera marciana.

En la actualidad, el plan es realizar al menos 10 carreras de producción de oxígeno a lo largo de la misión bajo tantas condiciones ambientales y estacionales diferentes como sea posible. Debido a la intensa cantidad de energía necesaria para ejecutar el experimento MOXIE, el equipo se coordinará con los demás investigadores, que tendrá que apagar durante el tiempo de ejecución de varias horas de MOXIE, y luego esperar la mayor parte de un día marciano (llamado sol) para que se recarguen las baterías de Perseverance. Los datos se enviarán de vuelta a un laboratorio en el campus del MIT, donde se analizará el desempeño de MOXIE.

Armando el equipo

En 2013, La NASA lanzó una convocatoria de propuestas para experimentos de generación de oxígeno para el rover 2020 dentro de parámetros específicos. A pesar de trabajar en la misión Phoenix Mars Lander durante sus 30 años en el JPL, cuando Hecht se trasladó a su puesto actual en el Observatorio Haystack del MIT en 2012, ya no esperaba ser un "chico de Marte", pensó que había terminado con Marte para siempre. Pero sus antiguos colegas del JPL no estuvieron de acuerdo y le pidieron que dirigiera el experimento como investigador principal. Según Hecht, incluso después de que firmó, creía que la propuesta del proyecto era una posibilidad remota, pero en julio de 2014, él y sus colegas se enteraron de que habían conseguido el proyecto.

"Los investigadores de otros laboratorios de la NASA tenían una gran ventaja y una gran herencia tecnológica. La selección de MOXIE fue una gran sorpresa para mí. ", dice Hecht." Dado que esta misión tiene un enfoque centrado en el ser humano, Sabía que teníamos que establecer una credibilidad real con la comunidad de exploración humana, que no solo buscábamos una excusa para hacer ciencia interesante. Entonces, ¿Cómo los convencemos de que somos reales y queremos ayudar con la exploración humana? Me tomó unos cinco minutos pensar en Jeff Hoffman ".

Hoffman, profesor de la práctica en MIT AeroAstro, ciertamente sabe un par de cosas sobre la exploración espacial humana. Logró cuatro caminatas espaciales en sus cinco vuelos espaciales durante su carrera como astronauta de la NASA, incluida la misión inicial de rescate / recuperación para reparar el Telescopio Espacial Hubble en 1993.

Además de la amplia experiencia de Hoffman con vuelos espaciales tripulados, compartió otra conexión con Hecht:Hecht fue el primer estudiante de posgrado asesorado de Hoffman como nuevo investigador del MIT antes de que lo llamaran para ingresar al programa de astronautas en 1978 y seguir una carrera en la NASA. Regresó a la facultad del MIT en 2001, y además de ser investigador principal adjunto de MOXIE, dirige el Laboratorio de Sistemas Humanos del MIT e imparte cursos sobre sistemas de vuelos espaciales tripulados.

"Es una gran experiencia colaborar con un ex estudiante de posgrado como colegas, especialmente en un proyecto como MOXIE porque muestra cuán importantes son los estudiantes graduados para el proceso de investigación en una historia que completa el círculo, ", dice Hoffman." No solo los estudiantes de posgrado llevan a cabo el trabajo diario en un proyecto, pero también estamos desarrollando la próxima generación de personas que continuarán la exploración no solo de Marte, sino todo el sistema solar ".

AeroAstro Ph.D. Los estudiantes Eric Hinterman SM '18 y Maya Nasr '18 han estado en el equipo MOXIE desde 2016, cuando Hinterman estaba trabajando en su maestría y Nasr estaba realizando un proyecto de investigación relacionado con MOXIE como estudiante en aeronáutica y astronáutica.

Para su tesis de maestría, Nasr se centró en calibrar los sensores de la unidad MOXIE realizando experimentos bajo diferentes presiones, temperaturas y condiciones que imitan el entorno de Marte. El objetivo del trabajo de su maestro era comprender cómo los sensores pueden comportarse de manera diferente en un entorno como el de Marte. y calibrarlos en consecuencia para que envíen datos precisos durante la misión. Su Ph.D. el trabajo se centrará en procesar y analizar tanto los datos del laboratorio experimental MOXIE como los datos de telemetría que se enviarán desde Marte, lo que ayudará a determinar qué tan bien funciona la unidad en su tarea de extraer oxígeno.

"Para mí personalmente, Significa mucho trabajar en este proyecto y es sorprendente que el lanzamiento ya esté sucediendo. Crecí en el Líbano y recuerdo haber visto el aterrizaje del Curiosity Rover, y en ese momento el director del JPL de la NASA era el Dr. Charles Elachi, quien es originalmente libanés, "dice Nasr." Verlo en el control de la misión me hizo darme cuenta de que era posible ser parte de una misión a Marte, y es una de las razones por las que apliqué al MIT ".

El miembro más nuevo del equipo MOXIE es la estudiante de maestría de AeroAstro, Justine Schultz, que se unió a finales de la primavera de 2020. Schultz, que también trabaja a tiempo completo en General Electric, centrará su trabajo de posgrado en la construcción de un modelo térmico detallado de MOXIE.

¿Lo que hay en un nombre?

Dado que el "Experimento de utilización de recursos in situ de Mars OXygen" es un bocado, Hecht quería ser creativo con el nombre del proyecto. La inspiración inicial proviene de la soda Moxie, que se inventó en Massachusetts en el siglo XIX como tónico para calmar los nervios. Cuando la empresa lo mezcló con agua de soda para agregar carbonatación, comenzó a volar de los estantes y se convirtió en uno de los primeros refrescos producidos en masa en los EE. UU.

Además de la conexión local y el importante papel del dióxido de carbono en la historia de éxito de Moxie Soda, Hecht pensó que el significado detrás de la palabra que se ha convertido en parte de nuestro léxico cultural era particularmente apropiado para el proyecto. Merriam-Webster define "moxie" como "energía, energía, coraje, determinación, y conocimientos ". El significado más profundo se volvió aún más relevante a medida que el mundo se enfrentaba a una peligrosa pandemia mundial con la línea de meta a la vista.

"La situación con el coronavirus ciertamente provocó algunos retrasos desde donde pensamos que estaríamos, pero afortunadamente nunca puso en peligro la misión. A pesar de algunos contratiempos, pudimos girar y adaptarnos para mantener el lanzamiento en el buen camino, "dijo Hecht." Pero al diablo con COVID-19, estamos lanzando este rover ".

La ventana de lanzamiento es un factor importante porque marca el período de tiempo en el que la órbita de la Tierra alrededor del sol se alinea con la de Marte de tal manera que permite que un cohete siga una trayectoria de vuelo como cambiar de carril en una carretera para encontrarse con su objetivo. punto de aterrizaje en el cráter Jezero de Marte. La ventana se cierra el 15 de agosto y no volverá a abrir hasta dentro de 26 meses.

"Si bien será triste no tener ese momento de celebración en persona juntos, lo crítico es que vamos a llegar a la superficie de Marte y producir oxígeno, que haremos online desde casa, ", dice Hoffman." Mirando todo lo que ha sucedido en los últimos meses y todas las personas que han trabajado duro para que Marte 2020 esté listo para el lanzamiento a pesar de que el mundo que nos rodea se está cerrando, Estoy feliz de haber elegido el nombre Perseverance porque aguantar y perseverar en la misión se ha convertido en el nombre del juego ".