Un instrument à bord de l’astromobile Perseverance a produit de l’oxygène sur Mars

Deux jours après que des scientifiques de la NASA ont prouvé qu’il était possible de faire voler un hélicoptère dans la fine atmosphère martienne, une autre équipe a montré qu’il était également possible de transformer cet air en quelque chose que les futurs astronautes pourront respirer.

Image d’entête : des techniciens du Jet Propulsion Laboratory de la NASA installent l’instrument MOXIE (Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment) dans le ventre du Perseverance. (NASA/ JPL-Caltech)

Cette seconde performance en une semaine a été réalisée par un instrument de la taille d’un grille-pain installé dans l’astromobile (rover) Perseverance, appelé MOXIE (Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment), conçu pour vérifier s’il est possible de fabriquer de l’oxygène à partir de dioxyde de carbone, le principal gaz de l’atmosphère martienne.

Représentation artistique de Perseverance sur Mars. (NASA)

Personne ne pourrait vivre longtemps avec la quantité de gaz produite par MOXIE lors de son premier essai d’une heure le 20 avril. La quantité totale était d’environ 5,4 grammes. C’est à peu près suffisant pour maintenir en vie un astronaute moyen actif pendant 10 minutes.

Le système fonctionne grâce à un processus appelé électrochimie, qui s’apparente plus ou moins à une pile à combustible fonctionnant à l’inverse.

Les piles à combustible absorbent un combustible (comme l’hydrogène ou le monoxyde de carbone) et, sans le brûler, le combinent avec de l’oxygène pour produire de l’électricité et du dioxyde de carbone. Le MOXIE absorbe du dioxyde de carbone et de l’électricité… et produit de l’oxygène et du monoxyde de carbone.

C’est, bien sûr, plus complexe que cela, mais c’est l’idée de base. Au cœur du système se trouve un empilement de couches de céramique,  chacune étant recouverte de matériaux spécifiques qui permettent de collecter et de séparer l’oxygène et le monoxyde de carbone.

Il y a également un compresseur pour aspirer l’air martien (environ la densité de l’atmosphère terrestre à 30 000 mètres) et le comprimer à une densité plus utile.

MOXIE doit également fonctionner à 800°C, ce qui nécessite un chauffage semblable à un four et une isolation pour éviter que la chaleur ne grille tout le reste.

Sans parler de l’électronique qui le fait fonctionner et de l’équipement analytique qui teste le résultat. D’où la taille finale d’un toaster. Avec ses 17 kilogrammes, il ne représente qu’une petite fraction de l’ensemble de l’astromobile.

Illustration de l’instrument MOXIE, présentant les composants de l’instrument. (NASA/ JPL-Caltech)

Mais c’est un gros consommateur d’énergie, il utilise presque toute une journée d’énergie de l’astromobile. Cela signifie que d’autres opérations doivent être interrompues pour allumer le MOXIE et effectuer un test, ce qui est prévu pour être fait environ tous les deux mois.

Ce premier test a donc eu lieu comme prévu, le 60e jour (ou en langage martien, sol 60, car les jours martiens sont légèrement différents de ceux de la Terre).

Mais d’autres facteurs sont entrés en ligne de compte dans le choix de la date, car pour tester l’hélicoptère Ingenuity, Perseverance devait rester immobile pendant qu’il supervisait le vol de l’hélicoptère, ce qui réduisait évidemment les autres demandes d’énergie. Le moment venu, le test s’est déroulé sans problème.

Selon le responsable de l’instrument, Michael Hecht, de l’observatoire Haystack du Massachusetts Institute of Technology :

Cela faisait deux ans que nous n’avions pas fabriqué d’oxygène avec le MOXIE. La dernière fois, c’était en laboratoire. Il avait été installé dans le rover, lancé, passé des mois dans l’espace, et atterri. Et il était là, fonctionnant comme si de rien n’était. Nous n’aurions pas pu être plus heureux.

Il ne s’agit pas seulement de fournir de l’air respirable aux astronautes, aussi important soit-il. L’oxygène est un composant essentiel du carburant des fusées. Selon les estimations de la NASA, il faut environ 25 tonnes d’oxygène pour décoller de la surface de Mars et revenir sur Terre, une quantité que l’on ne souhaite pas transporter jusqu’à Mars si on peut l’éviter.

Pour replacer ce chiffre dans son contexte, Hecht précise que « les astronautes qui passent un an à la surface utiliseront peut-être une tonne métrique à eux deux ».

Selon Jim Reuter, administrateur associé du Space Technology Mission Directorate de la NASA :

L’oxygène n’est pas seulement ce que nous respirons. Le propergol des fusées dépend de l’oxygène, et les futurs explorateurs dépendront de la production de propergol sur Mars pour faire le voyage de retour.

Annoncée sur le site de la NASA : NASA’s Perseverance Mars Rover Extracts First Oxygen from Red Planet.