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Avec MOXIE, Perseverance tentera de faire de l’oxygène sur Mars

Cela n’a peut-être pas l’air de grand-chose, mais les générations futures de cette boîte pourraient être la clé pour ramener les astronautes à la maison de Mars. (R. Lannom /)

À l’intérieur du rover Perseverance se trouve un appareil étincelant de la taille d’un grille-pain. Cela n’a rien à voir avec l’objectif principal de la mission de rechercher des signes de vie ancienne sur la planète rouge, et c’est toujours techniquement un prototype, mais l’appareil se trouve être l’un des composants les plus exigeants du véhicule.

Lorsqu’il est allumé, le gadget étincelant consommera près d’un tiers de la puissance de Perseverance, fonctionnant si bien que les développeurs ont dû l’entourer de l’un des matériaux isolants les plus connus pour l’empêcher d’endommager la machine de 2,7 milliards de dollars. Néanmoins, les scientifiques à l’origine du prototype estiment que l’expérience acquise lors des essais sur le terrain l’emportera de loin sur les coûts du projet.

«Les missions majeures sur Mars en dépendront toutes», déclare Michael Hecht, chercheur au MIT et chercheur principal de l’expérience. Cela pourrait même être «quelque chose dont dépendra la vie des gens», ajoute-t-il.

La boîte dorée est appelée Expérience d’utilisation des ressources in-situ Mars OXygen, ou MOXIE en abrégé. (Originaire de Boston, Hecht a choisi le nom en partie pour honorer le soda né dans le Massachusetts tristement célèbre dans toute la Nouvelle-Angleterre, et cette année, il a été le grand maréchal au défilé annuel MOXIE du Maine.) MOXIE vise à agir comme un arbre mécanique. Il inhalera du dioxyde de carbone de l’atmosphère martienne, qui est environ cent fois moins dense que celle de la Terre mais composée presque entièrement de CO2. Il expirera ensuite de l’oxygène – de retour dans l’atmosphère lors de cette mission, mais peut-être la prochaine fois, dans des réservoirs de carburant qui ramèneront les astronautes sur Terre.

Peut-être une douzaine de fois au cours de la prochaine année martienne (ou deux années terrestres), l’équipe de Hecht lancera MOXIE, au cours de laquelle il s’attend à ce qu’elle produise entre 6 et 10 grammes d’oxygène par heure – assez pour soutenir un chiot. L’objectif principal de la mission sera de démontrer que la technologie fonctionne sur la planète poussiéreuse et désertique. «Toutes sortes de choses peuvent fonctionner dans le laboratoire qui ne fonctionnent pas sur le terrain», dit Hecht. «Même sur Terre, nous avons constamment appris cette leçon.»

L’une des principales préoccupations est de savoir comment MOXIE répondra à l’environnement martien extrêmement variable. La température peut chuter de plus de 150 degrés Fahrenheit après le coucher du soleil, ce qui a un effet énorme sur la densité de l’air (essayez de mettre un ballon dans le congélateur et regardez-le se ratatiner). De plus, un tiers de l’atmosphère disparaît chaque hiver lorsque les pôles deviennent si glaciaux que le CO2 se condense et tombe au sol sous forme de glace sèche.

La fabrication des milliers de livres d’oxygène nécessaires pour décoller de la planète rouge nécessitera un jour un MOXIE surdimensionné des centaines de fois plus gros que le prototype, fonctionnant 24 heures sur 24 pendant au moins une année complète, sans temps d’arrêt.

«Nous voulons montrer que nous pouvons fonctionner dans toutes les conditions, peu importe si l’air est mince ou si l’air est épais, s’il fait froid ou s’il fait chaud, ou s’il fait poussiéreux», dit Hecht.

Les chercheurs visent également à apprendre comment utiliser au mieux MOXIE, ce qui est plus compliqué que de simplement l’allumer et d’embouteiller la sortie. La machine est essentiellement l’opposé d’une pile à combustible, – le moteur de certains véhicules prototypes qui accepte du carburant chimique et renvoie l’électricité avec un composé contenant de l’oxygène (H2O). Au lieu de cela, MOXIE absorbe toute l’électricité que Perseverance peut épargner et un composé riche en oxygène (CO2), et utilise la chaleur et l’énergie électrique pour diviser le dioxyde de carbone en monoxyde de carbone (CO) et en oxygène (O).

Au moins c’est le cas idéal. Faites fonctionner la machine trop doucement et le CO2 passera à travers les composants internes en nickel intacts et rouillés. Mais courez trop fort, et un MOXIE trop zélé arrachera les deux oxygènes. Ce serait un problème; Au lieu d’un gaz CO incolore, il devrait soudainement faire face à un tas d’atomes de carbone nus qui étoufferaient la machine sous forme de suie, un problème connu des ingénieurs sous le nom de cokéfaction.

«À un certain niveau, je trouve amusant que l’ennemi de MOXIE soit la coca», ironise Hecht.

Au cours de cette mission, l’équipe réglera MOXIE à la main, évitant la cokéfaction et la rouille en modifiant la quantité de CO2 absorbée, la tension qu’elle utilise et la température qu’elle atteint. Mais Hecht s’attend à ce que les futures versions aient besoin d’une intelligence artificielle pour la gérer suffisamment bien pour garantir aux astronautes un retour à la maison.

Perseverance est le premier rover martien à consacrer une partie de sa précieuse charge utile à la préparation directe de ce futur trajet en équipage, un changement stratégique en cours depuis des années.

La division de la NASA chargée de faire progresser l’exploration humaine a eu quatre questions brûlantes sur Mars pendant des décennies: à quoi ressemble le rayonnement, à quel point la poussière interférera-t-elle avec l’équipement, comment peut-on faire atterrir un vaisseau spatial lourd à la surface et comment les astronautes peuvent-ils en tirer parti? les ressources de la planète rouge pour alléger la charge qu’ils transportent avec eux depuis la Terre. L’agence prévoyait d’utiliser Perseverance pour répondre à cette quatrième question dès 2013.

«Dès le départ, lorsqu’ils sollicitaient des propositions pour la première fois, ils ont dit:« nous en prenons une partie pour nous préparer à l’exploration humaine »», déclare Hecht.

La NASA n’a pas précisé les détails de ses missions sur Mars avec équipage, qui pourraient commencer dans 15 à 20 ans, mais presque toutes les propositions supposent la capacité de produire de l’oxygène là-bas. Sinon, il n’est tout simplement pas possible d’apporter suffisamment de propulseur – soit trois quarts d’oxygène – pour rentrer à la maison. L’air respirable pour les humains (et tous les chiots de compagnie) est également un bon bonus.

Cela signifie que le prochain MOXIE à quitter la Terre pourrait être la vraie affaire, et les travaux sur la version pleine grandeur sont bien avancés. OxEon Energy dans l’Utah, l’une des nombreuses institutions impliquées dans le développement de MOXIE, teste déjà un appareil prototype de nouvelle génération capable de pomper plus de deux livres d’oxygène par heure. «Vous en mettez deux ou trois ensemble et vous avez terminé», dit Hecht. (La mise en place de la centrale nucléaire nécessaire pour les alimenter, cependant, est un problème pour un autre jour).

Pour l’instant, l’équipe MOXIE se concentre sur des étapes plus petites. Après l’atterrissage de Perseverance, ils se sont enregistrés avec une seule commande. Un problème de communication banal les a empêchés de recevoir toutes les données qu’ils espéraient. Mais ils ont pu obtenir une réponse simple indiquant que la boîte dorée avait survécu à l’atterrissage déchirant, ce qui a aidé tout le monde à respirer un peu plus facilement.

«C’était suffisant pour nous dire que nous avons réussi», dit Hecht, «et ce n’est pas une réalisation anodine lorsque vous venez de voyager d’une planète à une autre.»