#就地资源利用# (ISRU)是一门非常早期的科学。其中一项技术为ISRU创造了最有用的材料（氧气），即MOXIE——火星氧气原位资源利用实验。去年，一个小型的MOXIE模型在毅力号上进行了测试。它的主要目标是在火星大气中制造氧气。

氧气在很多方面都很有用——作为火星上升飞行器的火箭燃料，火星样本返回任务的一部分，以及必要的生命维持气体。现在，一项被称为“热摆动吸附/解吸”(TSSD)循环的竞争性技术正得到创新先进概念(NIAC)计划的支持。它真的有那么好吗?

要回答这个问题，首先最好了解MOXIE的能力。其基础技术，即使用固体氧化物电解槽电池，已经在地球上被很好地理解和使用了多年。为了让它在火星上工作，工程师们增加了一个叶轮来集中火星的大气。加压后，大气会升温至800摄氏度，然后二氧化碳会经过电解，将氧与碳分离。

这就产生了纯氧，但它也有一些明显的缺点。首先是这个过程中产生的另一种元素——碳。部分原因是碳太常见了，它对ISRU来说并不是一种有价值的材料，所以它被认为是一种浪费，而不是可以回收利用的东西。因此，它有时会堵塞电解槽本身。碳并不是潜在干扰的唯一来源。火星灰尘可能会堵塞机械泵，而机械泵需要将稀疏的火星大气集中到足够多的程度，以使电解器在第一个地方运转。该泵还有助于系统的整体电力需求，其中还包括必须在800摄氏度的高温下运行的电解槽。

所有这些能量消耗使得系统成本高昂。一台每小时能产生2公斤氧气的MOXIE机器(足以支持两个探索者)需要大约25千瓦的电力，略低于家庭平均每天的用电量。虽然这看起来不是很多，但在火星上利用太阳能是一个更加困难的前景。任何为运行MOXIE系统而建造的早期太阳能发电厂，都将使它只能为两名宇航员提供氧气的栖息地相形见绌。

TSSD它很好地消除了MOXIE的三个主要问题。该系统本身依赖于一个热化学泵系统，系统依靠热差将大气移动到适当的位置，而不需要机械泵。它也不会受到碳污染，因为它不会分解二氧化碳。最后，它不需要太多的能量，NIAC资助项目的PI、亚利桑那州立大学的研究教授Ivan Ermanoski博士预计，它的效率将比MOXIE高90%。

关于如何实现这一切的细节仍然需要充实，但在概念上，2020年3月发表的一篇论文支持了这一想法。这似乎是一个材料科学的问题，是否能找到在火星上合适的环境条件下工作的合适的吸附材料。然而，即使该系统的一半优势被实现，这也意味着ISRU在火星和其他领域的技术将有一个巨大的飞跃。

第354火星日的毅力号
这幅来自毅力号导航相机的组合影像，从这部小车大小的火星车甲板上方，眺望火星耶杰罗坑的坑底。用于建构这幅组合影像的照片，则摄于此任务的第354个火星日；相对应的日期为地球历2022年2月17日，在这部火星车着陆将近一周年之时。质量超过1,000公斤的六轮毅力号，是著陆在火星的最重火星车。在第一年的探索之中，这部火星车目前已收集6个未来将回送地球的岩石钻芯样品，担任火星首艘直升机机智号的基地，并测试MOXIE（火星氧气原位资源利用实验）模组，成功把火星富含二氧化碳的部分稀薄大气转化成氧气。

影像提供: NASA, JPL-Caltech, 影像处理: Kenneth Kremer

毅力号火星探测车降落过程高清大图
美国的毅力号火星探测车是有史以来最大个、最成熟的一辆，尺寸为3米长、2.7米宽、2.2米高，大小跟汽车差不多。毅力号外面有隔热保护罩，在穿过火星大气层后，为了减少着陆点的偏离，还会启用降落伞。毅力号六个车轮为铝材制成，辐条的材料为钛。它的车速仅为152米/小时。虽然速度不快，但在星球探索中，速度不是最重要的因素，而且毅力号要边行驶边测绘，速度慢能减少能耗。

毅力号搭载了七大装备，为它完成使命保驾护航： Mastcam-Z摄像头拍摄高清视频和3D图像； SuperCam结合了摄像头、激光和光谱仪，用来寻找有机化合物以及分析目标物的化学成分和矿物成分组成；SHERLOC能拍摄显微图像，还能向土壤或岩石发出UV光，并对之加以分析；PIXL也就是X光岩石化学探测仪，用来探测火星表面物质的成分组成；RIMFAX雷达可以透过地表，提供次表层地质结构的厘米级图像；MEDA是一套传感器，可以用来测量温度、风速和风向、压力、湿度、灰尘的尺寸和形状等，这些数据对于预测火星上的天气非常重要；MOXIE将大气中的二氧化碳转成氧气，若实验成功，未来宇航员不只可以用来呼吸，还可以燃烧火箭燃料，以便返回地球。毅力号上还配备了麦克风和钻头，用来采集声音和土壤、岩石样本。