Ученые предложили добывать кислород из атмосферы Марса

Планы по освоению Марса есть и у Европейского космического агентства (программа ExoMars), и у NASA и SpaxeX (Red Dragon): первую пилотируемую миссию планируют уже на 2022 год; с нее должна начаться колонизация Красной планеты. Атмосфера Марса непригодна для дыхания, поэтому одной из первых проблем, которую предстоит решить организаторам марсианских экспедиций, станет проблема источника кислорода. Группа физиков из университетов Порту и Лозанны предложила элегантное решение: получать кислород из углекислого газа Марса с помощью низкотемпературной плазмы.

При взаимодействии с низкотемпературной плазмой химические связи между атомами в молекуле углекислого газа рвутся с образованием ионов, которые затем рекомбинируют с образованием других соединений. При определенных условиях продуктами становятся кислород (O2) и угарный газ (монооксид углерода, CO). Этот процесс авторы работы, опубликованной в Plasma Sources Science and Technology, предлагают использовать для получения кислорода непосредственно из атмосферы Красной планеты. Сырья на Марсе достаточно: углекислый газ (CO2) составляет 96% марсианской атмосферы.

На Земле для проведения этой реакции нужны низкие температура и давление. Авторы статьи отмечают, что марсианские условия отличаются от земных: давление у поверхности планеты составляет 1/110 земного, а средняя температура — –60°С, поэтому ни холодильники, ни камеры низкого давления для получения кислорода из углекислого газа не потребуются. Это важно: чем меньше энергоемких приборов, тем легче придется будущим колонистам.

Генератор, получающий разряды постоянного тока, создает ионизированный газ, заряженные частицы которого разрушают двойную связь C=O в молекуле углекислого газа двумя способами: (1) полностью разрывая ее за счет кулоновского притяжения зарядов, либо (2) повышая кинетическую энергию отдельных атомов, тем самым стимулируя антисимметричное колебание атомов кислорода относительно центрального атома углерода и разрыв одной из двойных связей с последующим образованием молекул кислорода и угарного газа. В низкотемпературной плазме при пониженном давлении энергия заряженных частиц, как правило, недостаточно велика для первого процесса, поэтому плазмохимический процесс направляется по второму пути. Холод и низкое давление Марса также должны направить процесс в сторону образования кислорода и угарного газа; это подтвердили эксперименты в установках с условиями, приближенными к марсианским.

Авторы исследования отмечают, что побочный продукт реакции, монооксид углерода, можно использовать как ракетное топливо. Кроме того, холод и низкое давление на Марсе замедлят процесс обратного окисления угарного газа до углекислого, который представляет некоторую проблему в земных условиях.