Mỹ thành lập căn cứ trên sao Hoả vào năm 2030, nhưng làm sao để tạo ra oxy để duy trì sự sống?

NASA đang có kế hoạch đưa người đến Mặt Trăng vào năm 2024 và xa hơn nữa là đưa người lên sao Hoả vào năm 2030. Nước Mỹ hi vọng rằng một ngày không xa thì Mỹ sẽ thành lập một căn cứ trên sao Hoả, nhưng việc xây dựng căn cứ lâu dài trên hành tinh mới yêu cầu phải có những tài nguyên thiết yếu, trong đó bao gồm không khí và nhiên liệu.

Trước đây khi nghiên cứu về dự án đưa người lên Mặt Trăng của NASA đã có những nghiên cứu về việc này, gọi là In Situ Resource Ultilization (ISRU), đây là dự án sử dụng tài nguyên tại chỗ phục vụ cho việc lập căn cứ trên Mặt Trăng. Bây giờ thì dự án đó được mở rộng cho sao Hoả, trong đó đề xuất một cách thức mới là sử dụng nước muối được tìm thấy trên sao Hoả để tạo ra không khí và nhiên liệu. Dự án này sẽ còn quan trọng hơn dự án Mặt Trăng vì sao Hoả ở khoảng cách xa hơn rất nhiều, khiến cho chi phí vận chuyển và thời gian đều tốn kém.

Một vấn đề đặt ra ở đây là khi thành lập căn cứ ở trên Sao Hoả rồi thì oxy sẽ lấy từ đâu ra để cho toàn bộ những người trên đó hít thở và nhiên liệu ở đâu ra để căn cứ đó duy trì hoạt động. Ở trên sao Hoả, bầu khí quyển của hành tinh này rất mỏng và áp suất bề mặt nhỏ hơn Trái Đất. Trong bầu khí quyển sao Hoả có 96% là Carbon Dioxide (CO2) và Oxy chỉ chiếm 0.1%, đối với Trái Đất thì Oxy chiếm 21%. Để giải quyết vấn đề này, NASA đã phóng một tàu thăm dò sao Hoả vào năm nay có tên là Perservance Rover, mang theo một thử nghiệm tên là MOXIE (Mars Oxygen In Situ Experiment), nghĩa là thử nghiệm oxy trên sao Hoả.


Cấu tạo của robot Rover, ở góc phía dưới đó chính là thiết bị MOXIE, tạo oxy ngay tại chỗ dựa vào điện phân CO2 trên sao Hoả

Còn đây là cấu tạo con tàu đổ bộ NASA's Mars 2020 chở theo Rover và thiết bị MOXIE.

Tạo ra oxy từ nước muối sao Hoả

Các giọt bắn dính trên chân của tàu đổ bộ Phoenix được cho là magie đipeclorat

Mục đích của thử nghiệm MOXIE này là chứng mình được rằng oxy có thể tạo ra từ carbon dioxide nhờ quá trình điện phân, tách nó thành oxy và carbon monoxide. Thử nghiệm này ở Trái Đất rất phổ biến và nếu nó thành công, nó sẽ giúp mang oxy để cung cấp cho toàn bộ căn cứ của Mỹ tại sao Hoả. Còn khí carbon monoxide sẽ được thải ngược trở ra bầu khí quyển sao Hoả.

Tuy nhiên mọi chuyện chưa dừng lại ở đó, để phục vụ quá trình điện phân CO2 thì cần phải có điện, mà trong điều kiện tại sao Hoả thì điện là hữu hạn. Chính vì vậy một nghiên cứu mới đến từ nhóm nghiên cứu thuộc đại học Washington, với phương pháp mới sẽ giúp tiêu thụ điện ít hơn 25 lần nhưng tạo ra cùng một lượng khí oxy. Phương pháp mới của nhóm nghiên cứu này chính là sử dụng magie đipeclorat (Mg(ClO4)2) đậm đặc vào trong quá trình sản xuất oxy và hydro từ nước muối, thì việc phân tách nước muối thành oxy và hydro bằng điện phân sẽ dễ dàng hơn.


Những vệt màu sẫm có thể là những dòng nước muối chảy theo mùa trên bề mặt sao Hoả.

Phương pháp này nghe có vẻ lạ kì vì magie đipeclorat lấy ở đâu? Quay lại năm 2008 thì tàu Phoenix đổ bộ xuống sao Hoả thì các nhà khoa học đã tìm thấy những giọt bắn dính trên thanh chống của tàu và dung dịch đó được cho là magie đipeclorat. Hoặc khi tàu Curiosity tìm thấy bằng chứng về nước muối calcium perchlorate ngay phía nam của xích đạo sao Hoả. Muối perchlorate rất hữu dụng trong việc lọc nước từ những nơi khô hạn nhất của khí quyển sao Hoả, chúng có thể giảm nhiệt độ đóng băng của nước xuống -70 độ C, ngăn nước muối perchlorate đậm đặc không bị đóng băng tại những nơi nhiệt độ cực thấp trên bề mặt sao Hoả. Như hình anh em thấy thì những vệt sẫm màu có thể là nước muối chảy trên bề mặt sao Hảo theo mùa.

Trong nghiên cứu mới nói rằng nếu hạ cánh xuống một vùng có sẵn nước muối thì có thể tạo ra bao nhiêu oxy cũng được, miễn là đủ lượng nước muối và năng lượng để sử dụng. Bước đột phá về quá trình điện phân nước muối perchlorate có liên quan đến việc cấu tạo ra điện cực để tạo ra oxy. Các nhà nghiên cứu trong dự án đã sử dụng một loại khoáng chất gọi là pyrochlore, bao gồm một oxit của chì và rutheni (rethunium). Chất này đóng vai trò là chất xúc tác điện để làm cho quá trình điện phân nhanh hơn và dễ dàng hơn.

Có một tuỳ chọn thiết thực hơn

Đây là quy trình tái chế vật tư tiêu hao trên trạm Vũ trụ Quốc tế ISS

Tuy nghiên cứu thành công bước đầu là vậy, nhưng môi trường thực tế trên sao Hoả nó khác biệt rất nhiều, nên còn phải xem xét xem liệu điện phân CO2 theo kiểu MOXIE hay điện phân nước muối bằng pyrochlore trên sao Hoả sẽ hiệu quả hơn.Pphương pháp điện phân nước muối bằng pyrochlore có một ưu điểm là Hydro sản sinh ra từ quá trình điện phân nước muối có thể sử dụng làm nhiên liệu cho tên lửa để di chuyển, thứ mà điện phân CO2 sẽ không có được, nhưng đồng nghĩa rằng sẽ phải sử dụng hết phần oxy sản sinh ra.

Ngoài ra, có một sự lựa chọn thiết thực để bổ sung oxy, đó là trồng cây trong căn cứ tại sao Hoả, cây xanh sẽ hấp thụ khí CO2 từ các phi hành đoàn thải ra và nhờ vào quá trình quang hợp, nó sẽ sản sinh ra oxy. Bên cạnh đó, cây xanh cũng cung cấp nguồn thức ăn tươi để phục vụ cho các phi hành đoàn làm nhiệm vụ tại căn cứ đó. Quá trình di chuyển đến và đi từ sao Hoả sẽ mất rất nhiều thời gian và những giải pháp vận chuyển oxy hoặc nhiên liệu là không khả thi, từ đó những giải pháp tái chế bắt buộc phải tìm được và ứng dụng thành công vào thực tiễn và các nhà khoa học cũng như NASA đang dày công nghiên cứu, để rồi một ngày nào đó, loài người có thể sinh sống tại sao Hoả giống như tại Trái Đất này.

Hiện tại quá trình di chuyển đến sao Hoả của tàu NASA's Mars 2020 dự kiến sẽ đổ bộ lên bề mặt ngôi sao này vào ngày 18 tháng 2 năm 2021 (giờ Mỹ), anh em quan tâm về nhiệm vụ đổ bộ sao Hoả lần này của NASA có thể theo dõi tại đây. Nhiệm vụ dự kiến sẽ kéo dài một năm sao Hoả (ở Trái Đất tương đương 687 ngày). Ở trên trang chủ của NASA về nhiệm vụ này có một câu rất hay, nói lên mục đích của lần thám hiểm này, đó là: Nghiên cứu khả năng sinh sống của sao Hỏa, tìm kiếm dấu hiệu của sự sống vi sinh vật trong quá khứ, thu thập và lưu giữ mẫu, và chuẩn bị cho các sứ mệnh của con người trong tương lai.

Tham khảo The Next Web, NASA.