A coisa mais estranha sobre o MOXIE é que 122 gramas podem parecer minúsculos e enormes.
Na Terra, é um pouco maior que a massa de uma barra de chocolate. Em Marte, foi a quantidade total de oxigênio que uma máquina produziu a partir da própria atmosfera do planeta, a 225 milhões de quilômetros da bancada de reparos mais próxima.
A NASA comparou com a quantidade que um cachorro pequeno respira em cerca de 10 horas. Esta é uma forma encantadora de tornar o número tangível, mas também pode obscurecer o que a experiência foi concebida para provar.
MOXIE não era uma fábrica de oxigênio. Foi uma demonstração de tecnologia, dentro do rover Perseverance, construído para responder a uma questão mais restrita: uma máquina pode pegar o dióxido de carbono do ar marciano real e transformar de forma confiável parte dele em oxigênio?
Entre 2021 e 2023, a resposta passou a ser sim.
O que MOXIE realmente fez
MOXIE significa Experimento de utilização de recursos in-situ de oxigênio de Marte. A NASA a chamou de aproximadamente do tamanho de uma torradeira, embora fosse uma torradeira densa: a unidade tinha uma massa de cerca de 17 kg e consumia cerca de 300 watts durante a operação.
O instrumento puxou o ar rarefeito de Marte com uma bomba. Como essa atmosfera é composta por cerca de 95% de dióxido de carbono, ela oferecia um suprimento imediato de moléculas contendo oxigênio. Dentro de um eletrolisador de óxido sólido aquecido a cerca de 800 graus Celsius, o MOXIE separou um átomo de oxigênio de cada molécula de dióxido de carbono. O processo produziu oxigênio molecular, com monóxido de carbono como subproduto.
Descrição do sistema pela NASA destaca um ponto importante que é fácil de passar despercebido nos resumos da missão: os gases foram analisados quanto à quantidade, pureza e eficiência e, em seguida, liberados de volta para a atmosfera marciana após cada execução. A MOXIE não encheu um tanque, não alimentou um habitat nem forneceu um motor.
Sua primeira corrida ocorreu em 20 de abril de 2021. Após o aquecimento, produziu cerca de 5,4 gramas de oxigênio. Em 16 tiragens, encerradas em 7 de agosto de 2023, produziu 122 gramas no total. No seu nível mais eficiente, atingiu 12 gramas por hora, o dobro da meta original da NASA, com uma pureza de pelo menos 98 por cento.
Portanto, “oxigênio respirável” descreve para que esse oxigênio poderia ser usado após a coleta e integração em um sistema de suporte à vida. Ninguém poderia simplesmente colocar o rosto perto da saída do MOXIE e respirar.
A comparação com cães esconde a razão pela qual os astronautas precisam de tanto oxigênio
Quando ouvimos oxigênio, a maioria de nós pensa em respirar. Em uma missão tripulada a Marte, entretanto, os pulmões podem ser a demanda menor.
A NASA utilizou um caso de referência em que tirar quatro astronautas de Marte exigiria cerca de 25 toneladas de oxigénio e sete toneladas de combustível de foguetão. O oxigênio permite que o combustível queime. Uma tripulação que viva na superfície durante um ano pode consumir cerca de uma tonelada para respirar, de acordo com a mesma explicação da NASA.
É aqui também que a linguagem precisa de cuidados. A rigor, a MOXIE não produzia combustível para foguetes. Ele produziu o oxidante que seria combinado com um combustível como o metano para criar o propelente de foguete. As contas quotidianas chamam muitas vezes a mistura completa de “combustível”, mas a distinção é importante porque uma missão futura ainda precisaria de trazer ou fabricar o metano separadamente.
A diferença de escala é quase cômica. A produção total de 122 gramas do MOXIE foi cerca de um duzentos milésimos das 25 toneladas daquele plano de subida de referência. Uma planta prática também não realizaria experimentos ocasionais de uma hora. O investigador principal do MOXIE, Michael Hecht, escreveu que um sucessor precisaria de produzir cerca de dois a três quilogramas de oxigénio por hora, utilizando cerca de 25 quilowatts de energia, para acumular dezenas de toneladas.
Isso não diminui o MOXIE. Diz-nos que tipo de prova forneceu. O experimento mostrou que a química e o maquinário podem funcionar na atmosfera para a qual foram projetados. Não mostrou que uma pequena caixa pudesse ser copiada milhares de vezes e ligada.
Uma demonstração de tecnologia responde a uma pergunta deliberadamente restrita
Escrevi recentemente sobre como o Ingenuity transformou uma demonstração de tecnologia de cinco voos em 72 voos. MOXIE viajou para Marte na mesma missão, mas seu sucesso foi mais silencioso.
Não havia nenhuma trajetória de voo espetacular a seguir. Em vez disso, os engenheiros operaram a unidade durante diferentes horários do dia e estações, à medida que a temperatura e a pressão atmosférica marcianas mudavam. A NASA diz que o MOXIE cumpriu todos os seus requisitos técnicos durante um ano inteiro em Marte.
O relato revisado por pares de suas primeiras sete execuções, publicado em Avanços da Ciência em 2022descreveu-o como a primeira demonstração do uso de recursos in-situ em outro planeta. Essa frase é mais significativa do que pode parecer.
Quase todos os consumíveis enviados para Marte devem primeiro sobreviver ao lançamento da Terra, à viagem interplanetária e à aterragem. Se os exploradores conseguirem transformar o ar, gelo ou rocha local em material útil, a massa que eles precisam para lançar da Terra cairá. Em teoria, isso pode baratear uma missão e dar à tripulação mais maneiras de se recuperar de atrasos.
A MOXIE forneceu provas de um elo dessa cadeia. Uma bomba poderia coletar a fina atmosfera. A pilha de eletrólise pode atingir a temperatura operacional. O sistema poderia produzir oxigênio de alta pureza nas condições reais de Marte. Essas não são mais apenas suposições de laboratório.
Marte ainda controla o problema de engenharia
Em outro artigo recente, analisei por que a superfície fina, fria e irradiada de Marte torna a sobrevivência tão difícil. MOXIE é uma bela inversão desse problema. Trata a atmosfera dominada pelo dióxido de carbono não apenas como um perigo, mas como matéria-prima.
Contudo, o planeta não se torna cooperativo simplesmente porque a matéria-prima está presente.
Uma central de oxigénio à escala de uma tripulação teria de recolher muito mais ar de baixa pressão, gerir um sistema de electrólise de 800 graus, rejeitar o calor residual, lidar com o monóxido de carbono e operar através de mudanças diárias e sazonais. Precisaria de energia na escala de dezenas de quilowatts. Ele também precisaria continuar trabalhando por muitos meses sem nenhum técnico ao seu lado.
Depois vem a parte que a MOXIE não tentou: liquefazer o oxigênio e armazená-lo sem perdas inaceitáveis. Para um foguete de retorno, produzir oxigênio só é útil se ele puder ser acumulado com segurança e transferido para o veículo.
Esta é a mesma dificuldade complexa que explorei num artigo anterior sobre a tentativa de construir uma casa em Marte. Um sistema pode ser cientificamente sólido e ainda assim falhar como infra-estrutura de assentamento porque consome muita energia, é muito frágil ou é muito difícil de reparar.
MOXIE se beneficiou do poder, dos computadores e do corpo protetor do Perseverance. Uma planta autônoma precisaria de seu próprio sistema de suporte integrado. Provavelmente teria que chegar antes dos astronautas e demonstrar que o propulsor de retorno estava pronto antes de deixarem a Terra ou de pousarem.
A próxima máquina não pode ser simplesmente um MOXIE maior
A NASA encerrou as operações do MOXIE após sua 16ª execução, mas a equipe não descreveu o sucessor óbvio como “MOXIE 2.0”. Hecht argumentou que o próximo passo deveria ser um sistema em grande escala combinando um gerador de oxigênio com maquinário para liquefazer e armazenar o produto.
Esse é o marco que vale a pena assistir. Um experimento futuro precisaria comprovar a produção contínua de quilogramas por hora, e não de gramas por hora, ao mesmo tempo em que suportaria ciclos operacionais suficientes para encher um tanque grande de forma autônoma.
Ainda há uma longa distância entre aquela máquina e os astronautas que embarcam em um veículo de ascensão a Marte. As arquiteturas da missão podem mudar. Os sistemas de energia, motores e escolhas de propulsores podem mudar com eles. O MOXIE não resolveu essas decisões e não tornou inevitável uma missão tripulada a Marte.
O que fez foi retirar uma incerteza. Durante 16 breves viagens, uma pequena máquina em outro mundo inalou ar marciano e retornou oxigênio. A quantia manteria um cachorro pequeno durante parte do dia. O processo, dimensionado e integrado ao armazenamento, poderia ajudar a retirar pessoas de um planeta inteiro.
Em Marte, 122 gramas podem ser muito pouco e o suficiente para fazer diferença.
