Kỳ tích: Các nhà khoa học đã thành công trong việc sản xuất oxy trong điều kiện khí quyển của sao Hỏa - Vượt xa những gì NASA đã làm!

Ngày con người định cư trên sao Hỏa có thể không còn xa nữa!

Trong khi ý tưởng đưa con người lên sao Hỏa từng bị giới hạn trong khoa học viễn tưởng, NASA đặt hy vọng vào việc biến nó thành hiện thực vào cuối những năm 2030.

Năm 2021, NASA đã đạt được một bước tiến lớn: Tạo ra oxy trên sao Hỏa. Một thiết bị nhỏ gắn trên robot Perseverance đã biến CO2 thành oxy trong vòng 10 phút.

Bây giờ, các nhà vật lý quốc tế đã phát minh ra cách sử dụng chùm tia điện tử trong lò plasma để tạo ra nhiều oxy hơn, mở ra cánh cửa định cư không gian rộng lớn hơn.

Sống trên sao Hỏa, tại sao không?

Một trong những vấn đề chính gặp phải trên hành trình đến sao Hỏa là sự thiếu hụt oxy trên hành tinh Đỏ. Nhưng giờ đây, các nhà khoa học đã phát triển một kỹ thuật mới dựa trên plasma để tạo và tách oxy trong môi trường của sao Hỏa.

Kỹ thuật này không chỉ đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các hệ thống hỗ trợ sinh tồn mà còn có thể được áp dụng vào việc xử lý nhiên liệu, sản xuất vật liệu xây dựng và phân bón trên hành tinh Đỏ.

Khi robot tự hành Perseverance của NASA hạ cánh xuống miệng núi lửa Jezero trên sao Hỏa vào năm 2020, nó mang theo thí nghiệm MOXIE (tài nguyên oxy tại chỗ trên sao Hỏa). MOXIE hoạt động bằng cách phân tách CO2 thành CO và ion oxy, sau đó kết hợp các ion này để tạo ra oxy.

Thử nghiệm này đã chứng minh thành công ý tưởng sản xuất oxy trên sao Hỏa của NASA. Tuy nhiên, để hoạt động hiệu quả hơn, MOXIE cần phải tạo áp suất và nhiệt độ trên hành tinh Đỏ, điều này đòi hỏi thêm năng lượng và làm cho thiết bị trở nên nặng nề hơn.

Thiết bị này được gọi là MOXIE (thí nghiệm sử dụng tài nguyên oxy tại chỗ trên sao Hỏa). Nguồn: NASA

Tiến sĩ Vasco Guerra, một nhà vật lý học tại Đại học Lisbon, đã đề xuất sử dụng lò phản ứng plasma như một phương pháp tiếp cận tiềm năng hơn. Bằng cách tạo ra một chùm electron với năng lượng cụ thể, plasma có thể phân tách CO2 thành các ion, tương tự như MOXIE.

Ngoài ra, lò phản ứng plasma cũng phù hợp với khí quyển mỏng manh của sao Hỏa, mỏng hơn khoảng 100 lần so với Trái Đất. Theo tiến sĩ Guerra, việc tạo và tăng tốc chùm electron trong không gian mỏng manh sẽ dễ dàng hơn rất nhiều. Vũ trụ có áp suất lý tưởng cho plasma và sao Hỏa có áp suất này.

Trong phòng thí nghiệm, nhóm nghiên cứu đã thiết kế một hệ thống bơm không khí phù hợp với áp suất và thành phần của sao Hỏa vào các ống kim loại. Không như MOXIE, chúng không cần nén hoặc làm nóng không khí. Thay vào đó, bằng cách bắn một chùm electron vào buồng phản ứng, chúng có thể chuyển khoảng 30% không khí thành oxy. Nhóm nghiên cứu ước tính rằng thiết bị này có thể tạo ra khoảng 14 gram oxy mỗi giờ - đủ để hỗ trợ 28 phút hít thở.

Nhóm của Tiến sĩ Guerra cần giải quyết một số vấn đề thực tế. Để hoạt động trên sao Hỏa, thiết bị plasma sẽ cần một nguồn điện di động và một cách để lưu trữ oxy mà nó sản xuất, tất cả có thể làm cho nó trở nên cồng kềnh hơn MOXIE.

Nếu các cơ quan vũ trụ trên thế giới sẵn lòng đầu tư hàng triệu đô la vào phát triển - như NASA đã làm với MOXIE - thì phương pháp plasma có thể tiếp tục phát triển.

Theo các nhà khoa học, khí quyển của sao Hỏa chủ yếu chứa carbon dioxide (CO2), có thể tách ra để tạo ra oxy và carbon.

Tuy nhiên, theo các nhà nghiên cứu từ Đại học Lisbon (Bồ Đào Nha), Viện Công nghệ Massachusetts (Mỹ), Đại học Sorbonne (Pháp), Đại học Công nghệ Eindhoven (Hà Lan) và Viện Nghiên cứu Năng lượng Cơ bản Hà Lan, có hai thách thức lớn đang ngăn cản quá trình sản xuất oxy trên sao Hỏa.

Tiến sĩ Vasco Guerra, một tác giả của nghiên cứu, nói: 'Đầu tiên, là quá trình phân hủy các phân tử carbon dioxide (CO2) để chiết xuất oxy. Đó là một phân tử rất khó phá vỡ; Thứ hai, sự tách oxy được tạo ra từ một hỗn hợp khí chứa cả carbon dioxide (CO2) và carbon monoxide (CO).'

'Chúng tôi đang xem xét cả hai bước này một cách tổng thể để giải quyết cùng một lúc. Và khi đó, plasmas có thể là phương án giải quyết 2 vấn đề này' - Tiến sĩ Vasco Guerra nói thêm.

Các nhà khoa học đã phát triển một phương pháp mới dựa trên plasma để tạo và tách oxy trong điều kiện sao Hỏa. Nguồn: DM

Plasma là trạng thái tự nhiên thứ tư của vật chất, bên cạnh rắn, lỏng và khí. Nó bao gồm các hạt điện tích tự do như electron, nhẹ và dễ dàng tăng tốc lên năng lượng rất cao trong điện trường.

Tiến sĩ Guerra giải thích: 'Khi electron va chạm với phân tử carbon dioxide (CO2), chúng có thể phân hủy trực tiếp hoặc truyền năng lượng để kích thích phản ứng. Ở mức độ lớn, năng lượng này có thể dùng để phân hủy (CO2).

Cùng với các đồng nghiệp ở Pháp và Hà Lan, chúng tôi đã thực nghiệm chứng minh sự đúng đắn của các lý thuyết này. Hơn nữa, nhiệt từ plasma cũng giúp tách oxy.

SAO HỎA VÀ NHIỀU HƠN THẾ NỮA

Kỹ thuật này có thể không chỉ giúp phi hành gia hít thở trên Hành tinh Đỏ mà còn có thể sử dụng để sản xuất nhiên liệu và phân bón, theo Michael Hecht, một nhà khoa học tại Viện Công nghệ Massachusetts (Mỹ).

Cụ thể, oxy được tạo ra từ kỹ thuật plasma này có thể mở ra cơ hội tạo một môi trường thích hợp cho con người cư trú trên sao Hỏa. Nó cũng có thể dùng làm điểm xuất phát để sản xuất nhiên liệu và phân bón, giúp những người cư trú trồng trọt trên bề mặt sao Hỏa.

Bên cạnh đó, công nghệ này có thể hữu ích ngay trên Trái Đất, theo các nhà nghiên cứu.

Các nhà khoa học cũng cho biết rằng, bằng cách tách phân tử CO2 để sản xuất nhiên liệu xanh và tái chế hóa chất, công nghệ plasma cũng có thể hỗ trợ giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu trên Trái Đất.

Nghiên cứu này được tiến hành trước sứ mệnh Artemis I của NASA, dự kiến khởi động vào ngày 29/8/2022, mở ra cơ hội cho các sứ mệnh trên Mặt Trăng và sao Hỏa trong tương lai.

Hình ảnh mô phỏng siêu tên lửa SLS trong sứ mệnh Artemis I của NASA. Nguồn: NASA

NASA giải thích: 'Sứ mệnh Artemis I sẽ là một bước quan trọng trong việc mở rộng sự hiện diện của con người vào không gian sâu, đồng thời thể hiện cam kết và khả năng của chúng ta trong việc duy trì sự sống trên Mặt Trăng và nơi khác trong không gian.'

Nếu các sứ mệnh Artemis I, II, III thành công [với sứ mệnh Artemis III đưa người đặt chân lên sao Hỏa vào năm 2025], NASA đặt mục tiêu phóng phi hành gia lên sao Hỏa vào cuối những năm 2030 hoặc đầu những năm 2040.

Bốn trạng thái tự nhiên của vật chất

Tình trạng chất rắn

Trong một vật chất rắn, các phân tử gắn kết chặt với nhau và tác động lực mạnh lên nhau. Chúng không có khả năng di chuyển tự do và chỉ dao động tại chỗ. Vật chất rắn giữ nguyên hình dạng của nó trừ khi bị tác động bởi lực nào đó.

Tình trạng chất lỏng

Khi bạn nung chất rắn đến nhiệt độ nóng chảy, các phân tử của nó nhận được đủ năng lượng để không thể duy trì cấu trúc đặc chất của nó nữa. Vật chất sẽ tan chảy và trở thành chất lỏng.

Tình trạng khí

Bằng cách đun nóng một chất lỏng đến nhiệt độ sôi của nó, bạn sẽ có một chất khí. Các phân tử hoàn toàn thoát ra khỏi nhau và các lực tương tác giữa chúng rất nhỏ.

Tình trạng plasma

Plasma xuất hiện khi một chất khí nóng được tải điện, tuy nhiên, tính chất của nó khác biệt hoàn toàn so với chất khí.

Bài viết được tham khảo từ: Science, DM