Em 30 de julho, uma janela de oportunidade de duas semanas se abre para o Perseverance - o mais novo Mars rover, forjado no espírito da curiosidade humana - para começar sua jornada em direção ao Planeta Vermelho com um lançamento do Centro de Lançamento Espacial Cabo Canaveral, na costa leste da Flórida. Com a ajuda do MIT, esta última missão da NASA vai construir sobre o legado de seus predecessores de laboratório itinerante e cavar mais fundo do que nunca em questões sobre a vida em Marte.

Em seu estado atual, Marte é inóspito; a superfície está empoeirada, e a única água disponível é congelada perto dos pólos, profundamente no subsolo, ou tão fortemente preso ao solo que teria de ser cozido no forno para extraí-lo. O ar é irrespirável, e a fina atmosfera permite níveis preocupantes de radiação, enquanto mantém uma temperatura média de -81 graus Fahrenheit. Em um momento no passado, Contudo, pode ter se parecido muito mais com a Terra, e pode ter sido mais sustentável para a vida.

Os objetivos do Perseverance - um componente de assinatura da missão maior Marte 2020 - são explorar as questões desta antiga habitabilidade, para caracterizar o ambiente, e para ajudar a pavimentar o caminho para a futura exploração humana. Um dos sete experimentos viajando no rover abordará especificamente futuras missões humanas a Marte:MOXIE, abreviação de Experimento de utilização de recursos in situ Mars OXygen, nos ajudará a nos preparar para essas primeiras missões, demonstrando que podemos fazer nosso próprio oxigênio em Marte para usar como propulsor de foguetes e para a tripulação respirar quando astronautas exploradores chegarem lá. O MOXIE foi proposto e desenvolvido por meio de uma colaboração entre pesquisadores do Observatório de Haystack do MIT e do Departamento de Aeronáutica e Astronáutica do MIT (AeroAstro), junto com engenheiros do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA (JPL).

O MIT também está bem representado em outros aspectos da missão. Perseverança carregará um sistema sofisticado de seleção, descaroçamento, caching, e preservando amostras de rocha e solo para algum dia trazer de volta à Terra. Professora associada de geobiologia Tanja Bosak e professor de ciências planetárias Ben Weiss, ambos do Departamento da Terra do MIT, Atmosférico, e Ciências Planetárias (EAPS), são cientistas participantes que trabalharão com este sistema para ajudar a escolher quais amostras da superfície marciana coletar e analisar. E Ariel Ekblaw, um estudante de pós-graduação em artes e ciências da mídia e o fundador e líder da Iniciativa de Exploração Espacial do Laboratório de Mídia do MIT, contribuiu para um experimento de rover durante um verão no JPL que irá procurar evidências de micróbios do passado.

A pequena árvore mecânica

No filme de 2015 The Martian, quando o astronauta Mark Watney (interpretado por Matt Damon) foi deixado preso em Marte, ele conseguiu sobreviver por tempo suficiente para coordenar uma missão de resgate de encontro com sua tripulação, vivendo na terra do Planeta Vermelho. Este é o princípio básico por trás da utilização de recursos in situ, ou ISRU, e o MOXIE representa um primeiro passo importante na realização de ISRU para futuros exploradores de Marte.

"Você não só precisa de oxigênio para as pessoas respirarem, mas você também precisa dele para que o foguete respire. Se você está queimando combustível, você precisa de oxigênio para consumi-lo, "diz Michael Hecht, MOXIE investigador principal e diretor de pesquisa do MIT Haystack Observatory em Westford, Massachusetts. "Há uma razão pela qual os tanques de oxigênio são os itens mais pesados ​​em um manifesto de vôo espacial."

Os lançamentos consomem muito combustível:impulsionar uma espaçonave para sair da atração gravitacional da Terra requer uma grande quantidade de energia, e retornar à Terra exige fazer tudo de novo. O que mais, os tanques pesados ​​necessários para transportar o oxigênio necessário para uma dada missão ocupam um espaço precioso em uma espaçonave cuidadosamente calibrada. É aqui que entra a abordagem ISRU.

"Em vez de levá-lo conosco, por que não fazê-lo quando chegarmos lá quando precisarmos? ", diz Hecht." Existe oxigênio em Marte, apenas não de uma forma que possamos usá-lo. Então esse é o problema que estávamos tentando resolver com o MOXIE. "

Uma fonte potencial de oxigênio é o gelo que existe sob a superfície marciana. Mas a mineração desse gelo exigiria um maquinário complexo, e o ato físico de cavar e perfurar colocaria um desgaste significativo no equipamento, o que é um problema quando um reparador está a um planeta de distância. Agradecidamente, havia outro recurso potencial que a equipe pode usar para gerar oxigênio:a atmosfera.

"Com a abordagem de mineração, voce tem que minerar o gelo, refinar e processar para liberar o oxigênio, e traga de volta, o que não é algo que podemos fazer roboticamente, especialmente dentro de nossas limitações de espaço, "diz Hecht." Eu queria encontrar uma abordagem muito mais simples. A atmosfera marciana tem cerca de 96 por cento de dióxido de carbono, então construímos uma pequena árvore mecânica, porque isso é muito mais fácil do que construir uma miniatura, empresa de mineração independente. "

Objetivo do MOXIE:coletar o dióxido de carbono abundante no ar marciano, convertê-lo em oxigênio, e medir a pureza do oxigênio. Depois de puxar o ar marciano, o sistema filtra a poeira, comprime, e, em seguida, alimenta-o no eletrolisador de óxido sólido (SOXE), o elemento-chave que pega o dióxido de carbono pressurizado e usa uma combinação de eletricidade e química para dividir a molécula em oxigênio e monóxido de carbono. A pureza do oxigênio é analisada, e então o oxigênio é liberado de volta para a atmosfera marciana.

Atualmente, o plano é realizar pelo menos 10 corridas produtoras de oxigênio ao longo da missão sob tantas condições sazonais e ambientais diferentes quanto possível. Devido à intensa quantidade de energia necessária para executar o experimento MOXIE, a equipe coordenará com os outros pesquisadores, que terá que desligar durante o tempo de execução de várias horas do MOXIE, e então espere a maior parte de um dia marciano (chamado de sol) para que as baterias do Perseverance recarreguem. Os dados serão enviados de volta para um laboratório no campus do MIT, onde o desempenho do MOXIE será analisado.

Montando a equipe

Em 2013, A NASA lançou um convite à apresentação de propostas para experimentos de geração de oxigênio para o rover 2020 dentro de parâmetros específicos. Apesar de trabalhar na missão Phoenix Mars Lander durante seus 30 anos de mandato no JPL, quando Hecht mudou para sua posição atual no MIT Haystack Observatory em 2012, ele não esperava mais ser um "cara de Marte" - ele achava que estava farto de Marte para sempre. Mas seus ex-colegas do JPL discordaram e pediram que ele liderasse o experimento como investigador principal. De acordo com Hecht, mesmo depois que ele assinou, ele acreditava que a proposta do projeto era um tiro no escuro, mas em julho de 2014, ele e seus colegas ficaram sabendo que conseguiram o projeto.

"Pesquisadores em outros laboratórios da NASA tiveram uma grande vantagem e uma grande herança tecnológica. A seleção do MOXIE foi uma grande surpresa para mim, "diz Hecht." Uma vez que esta missão tem um foco centrado no ser humano, Eu sabia que tínhamos que estabelecer credibilidade real com a comunidade de exploração humana, que não estávamos apenas procurando uma desculpa para fazer alguma ciência interessante. Então, como podemos convencê-los de que somos reais e queremos ajudar na exploração humana? Levei cerca de cinco minutos para pensar em Jeff Hoffman. "

Hoffman, professor da prática no MIT AeroAstro, certamente sabe uma ou duas coisas sobre a exploração espacial humana. Ele registrou quatro caminhadas espaciais em seus cinco voos espaciais durante sua carreira como astronauta da NASA - incluindo a missão inicial de resgate / recuperação para reparar o Telescópio Espacial Hubble em 1993.

Além da vasta experiência de Hoffman com voos espaciais humanos, ele compartilhou outra conexão com Hecht:Hecht foi o primeiro aluno de pós-graduação de Hoffman como novo pesquisador do MIT antes de ser chamado para entrar no programa de astronauta em 1978 e seguir carreira na NASA. Ele voltou para o corpo docente do MIT em 2001, e além de ser investigador principal adjunto no MOXIE, ele dirige o Laboratório de Sistemas Humanos no MIT e ministra cursos sobre sistemas de voos espaciais humanos.

"É uma ótima experiência colaborar com um ex-aluno de pós-graduação como colegas, especialmente em um projeto como o MOXIE, porque mostra como os alunos de pós-graduação são importantes para o processo de pesquisa em uma história que se fecha, "diz Hoffman." Não apenas os alunos de pós-graduação realizam o trabalho do dia-a-dia em um projeto, mas também estamos desenvolvendo a próxima geração de pessoas que continuarão a explorar não apenas Marte, mas todo o sistema solar. "

AeroAstro Ph.D. os alunos Eric Hinterman SM '18 e Maya Nasr '18 estão na equipe MOXIE desde 2016, quando Hinterman estava trabalhando em seu mestrado e Nasr estava realizando um projeto de pesquisa relacionado ao MOXIE como um júnior em aeronáutica e astronáutica.

Para sua tese de mestrado, Nasr se concentrou em calibrar os sensores na unidade MOXIE, realizando experimentos sob diferentes pressões e temperaturas e condições que imitam o ambiente em Marte. O objetivo de seu trabalho de mestre era entender como os sensores podem se comportar de maneira diferente em um ambiente como o de Marte, e para calibrá-los adequadamente para que eles enviem dados precisos durante a missão. Seu Ph.D. o trabalho se concentrará no processamento e análise dos dados laboratoriais experimentais MOXIE e dados de telemetria que serão enviados de Marte, o que ajudará a determinar o quão bem a unidade funciona em sua tarefa de extração de oxigênio.

"Para mim, pessoalmente, Significa muito trabalhar nesse projeto e é incrível que o lançamento já esteja acontecendo. Eu cresci no Líbano e me lembro de assistir o pouso do Curiosity Rover, e na época o diretor do JPL da NASA era o Dr. Charles Elachi, que é originalmente libanês, "diz Nasr." Vê-lo no controle da missão me fez perceber que era possível fazer parte de uma missão de Marte, e é uma das razões pelas quais me inscrevi no MIT. "

O mais novo membro da equipe MOXIE é a aluna de mestrado da AeroAstro Justine Schultz, que se juntou no final da primavera de 2020. Schultz, que também trabalha em tempo integral na General Electric, concentrará seu trabalho de graduação na construção de um modelo térmico detalhado do MOXIE.

O que há em um nome?

Uma vez que "Experimento de utilização de recursos in situ Mars OXygen" é um bocado, Hecht queria ser criativo com o nome do projeto. A inspiração inicial vem do refrigerante Moxie, que foi inventado em Massachusetts em 1800 como um tônico calmante. Quando a empresa misturou com água de soda para adicionar carbonatação, começou a voar das prateleiras e se tornou um dos primeiros refrigerantes produzidos em massa nos EUA.

Além da conexão local e do importante papel do dióxido de carbono na história de sucesso do refrigerante Moxie, Hecht achou que o significado por trás da palavra que se tornou parte de nosso léxico cultural era particularmente adequado ao projeto. Merriam-Webster define "moxie" como "energia, pep, coragem, determinação, e know-how. "O significado mais profundo tornou-se ainda mais relevante à medida que o mundo enfrentava uma perigosa pandemia global com a linha de chegada à vista.

"A situação com o coronavírus certamente causou alguns atrasos de onde pensávamos que estaríamos, mas, felizmente, nunca pôs em perigo a missão. Apesar de alguns contratempos, conseguimos girar e nos adaptar para manter o lançamento no caminho certo, "disse Hecht." Mas COVID-19 que se dane, estamos lançando este rover. "

A janela de lançamento é um fator importante porque marca o período de tempo em que a órbita da Terra em torno do Sol está alinhada com a de Marte, de modo a permitir que um foguete siga uma trajetória de voo, como mudar de faixa em uma rodovia para se encontrar com seu alvo ponto de pouso na cratera Jezero de Marte. A janela fecha em 15 de agosto, e não abrirá novamente por mais 26 meses.

"Embora seja triste não ter esse momento de celebração pessoalmente juntos, o ponto crítico é que vamos chegar à superfície de Marte e produzir oxigênio, que faremos online de casa, "diz Hoffman." Olhando para tudo o que aconteceu nos últimos meses e todas as pessoas que trabalharam duro para preparar Marte 2020 para o lançamento, apesar do mundo ao nosso redor estar fechando, Estou feliz por termos escolhido o nome Perseverança, porque perseverar e perseverar na missão se tornou o nome do jogo. "