На борту марсохода Perseverance размещена установка MOXIE, предназначенная для получения кислорода из марсианской углекислой атмосферы. Как и у вертолёта-дрона Ingenuity и некоторых других устройств на марсоходе, её задача заключается в проверке работоспособности технологии. При первом запуске установка смогла произвести 5 граммов кислорода за час работы — этого достаточно для дыхания в течение 10 минут.
MOXIE (Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment) — прибор, позволяющий добывать кислород из марсианской атмосферы. Это один из приборов марсохода Perseverance, предназначенных прежде всего для демонстрации новой технологии в марсианских условиях. Экспериментальными устройствами на борту являются также портативная метеостанция MEDA (Mars Environmental Dynamics Analyzer) и дрон Ingenuity, совершивший уже два полёта (о первом полёте на Марсе см. статью на нашем сайте).
Атмосфера Марса на 96% состоит из углекислого газа. MOXIE использует его, извлекая из молекулы CO2 атом кислорода и восстанавливая углекислый газ до монооксида углерода CO, который сбрасывается обратно в окружающую среду. Установка имеет массу 17 кг и размеры до 30 сантиметров. Её первый модуль всасывает марсианский воздух и сжимает его до одной атмосферы (давление на Марсе вблизи поверхности составляет примерно 0,06 от земного). Сжатый газ затем подаётся на установку твёрдооксидного электролиза, где и происходит восстановительная реакция с извлечением кислорода на аноде. Этот модуль работает как твёрдооксидный топливный элемент в обратном направлении (восстановление исходных компонентов для электрохимической реакции). Реакция протекает при температуре 800 °C, поэтому требуются соответствующая теплоизоляция и материалы корпуса прибора. Следующий модуль определяет состав полученных газов и производительность установки, после чего газы фильтруются и выпускаются в атмосферу — пока что специального применения для получаемого кислорода нет. Дополнительный научный результат, который можно получить при помощи установки — анализ частиц марсианской пыли, которая оседает на фильтрах.
Первый запуск MOXIE прошёл 20 апреля 2021 года, на 60-й сол (марсианский день) после посадки Perseverance. Сеанс работы прибора позволил получить около 5 граммов кислорода. Этого достаточно для поддержания пригодной для дыхания астронавта атмосферы в течение 10 минут. Установка проработала примерно час после двухчасового разогрева. Её расчётная производительность составляет до 12 граммов кислорода в час — как у большого дерева. Верхний предел производительности определяется прежде всего доступной для питания установки электроэнергией. На протяжении одного марсианского года (двух земных лет) планируется около десяти подобных экспериментальных запусков для проверки работы в разных режимах и при различных внешних условиях (в зависимости от температуры, времени суток и сезона на Марсе).
Кроме извлечения кислорода из марсианской атмосферы рассматриваются и другие возможности использования местных ресурсов, например, получение кислорода и водорода из рассолов в марсианском реголите (про один из таких проектов см. другую статью). Кислород в будущих пилотируемых полётах необходим не только для дыхания, но и для сжигания ракетного топлива при отправке аппарата назад на Землю, причём для топлива его требуется на порядок больше, чем для жизнедеятельности астронавтов. При отправке ракеты с экипажем в четыре человека с Марса на Землю нужно 7 тонн топлива и 25 тонн кислорода, а для жизни в течение года на Марсе достаточно порядка одной тонны кислорода на человека. Для марсианской экспедиции полноценный генератор кислорода должен иметь производительность, в 200 раз превышающую возможности MOXIE (хотя бы 2—3 кг O2 в час). Масса такой установки при масштабировании технологии была бы около одной тонны, а размеры — в 100 раз больше MOXIE. Кроме того, необходимо обеспечить энергию и ресурс её работы (электролит, износостойкость материалов и пр.) в течение 10 тысяч часов.
