Le 30 juillet, une fenêtre d'opportunité de deux semaines s'ouvre pour Persévérance, le dernier rover martien, forgé dans l'esprit de la curiosité humaine - pour commencer son voyage vers la planète rouge avec un lancement depuis le centre de lancement spatial de Cap Canaveral sur la côte est de la Floride. Avec l'aide du MIT, cette dernière mission de la NASA s'appuiera sur l'héritage de ses prédécesseurs en laboratoire itinérant et approfondira plus que jamais les questions sur la vie sur Mars.

Dans son état actuel, Mars est inhospitalier; la surface est poussiéreuse, et la seule eau disponible est gelée près des pôles, profond souterrain, ou si étroitement lié au sol qu'il devrait être cuit dans un four pour l'extraire. L'air est irrespirable, et l'atmosphère mince permet des niveaux de rayonnement inquiétants tout en maintenant une température moyenne de -81 degrés Fahrenheit. A un moment dans le passé, cependant, cela ressemblait peut-être beaucoup plus à la Terre, et peut avoir été plus durable pour la vie.

Les objectifs de Persévérance, un élément clé de la plus grande mission Mars 2020, sont d'explorer les questions de cette ancienne habitabilité, caractériser l'environnement, et pour aider à ouvrir la voie à l'exploration humaine future. L'une des sept expériences voyageant sur le rover abordera spécifiquement les futures missions humaines vers Mars :MOXIE, abréviation de Mars OXygen In situ Resource Utilisation Experiment, nous aidera à nous préparer pour ces premières missions en démontrant que nous pouvons fabriquer notre propre oxygène sur Mars pour l'utiliser comme propulseur de fusée et pour permettre à l'équipage de respirer lorsque les explorateurs astronautes y arriveront. MOXIE a été proposé et développé grâce à une collaboration entre des chercheurs de l'observatoire Haystack du MIT et du département d'aéronautique et d'astronautique du MIT (AeroAstro), avec des ingénieurs du Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA.

Le MIT est également bien représenté dans d'autres aspects de la mission. La persévérance portera un système sophistiqué de sélection, carottage, mise en cache, et préserver des échantillons de roche et de sol pour les ramener un jour sur Terre. Professeur agrégé de géobiologie Tanja Bosak et professeur de sciences planétaires Ben Weiss, tous deux du MIT Department of Earth, Atmosphérique, et Sciences Planétaires (EAPS), sont des scientifiques participants qui travailleront avec ce système pour aider à choisir les échantillons de la surface martienne à collecter et à analyser. Et Ariel Ekblaw, un étudiant diplômé en arts et sciences des médias et fondateur et directeur de l'Initiative d'exploration spatiale du MIT Media Lab, contribué à une expérience de rover au cours d'un été au JPL qui recherchera des preuves de microbes passés.

Le petit arbre mécanique

Dans le film Le Martien de 2015, quand l'astronaute Mark Watney (joué par Matt Damon) s'est retrouvé bloqué sur Mars, il a réussi à survivre assez longtemps pour coordonner une mission de sauvetage de rendez-vous avec son équipage en vivant de la terre de la planète rouge. C'est le principe de base de l'utilisation des ressources in situ, ou ISRU, et MOXIE représente une première étape importante dans la réalisation de l'ISRU pour les futurs explorateurs de Mars.

"Non seulement vous avez besoin d'oxygène pour que les gens respirent, mais vous en avez besoin pour que la fusée respire aussi. Si vous brûlez du carburant, vous avez besoin d'oxygène pour le consommer, " dit Michael Hecht, Chercheur principal de MOXIE et directeur de recherche au MIT Haystack Observatory à Westford, Massachusetts. "Il y a une raison pour laquelle les réservoirs d'oxygène sont les éléments les plus lourds d'un manifeste de vol spatial."

Les lancements consomment beaucoup de carburant :propulser un engin spatial pour sortir de l'attraction gravitationnelle de la Terre nécessite beaucoup d'énergie, et revenir sur Terre nécessite de tout recommencer. Quoi de plus, les lourds réservoirs nécessaires au transport de l'oxygène nécessaire à une mission donnée occupent un espace précieux dans un vaisseau spatial soigneusement calibré. C'est là qu'intervient l'approche ISRU.

"Au lieu de l'emporter avec nous, pourquoi ne pas simplement le faire quand nous y arriverons, car nous en avons besoin?" dit Hecht. "L'oxygène existe sur Mars, mais pas sous une forme que nous pouvons utiliser. C'est donc le problème que nous essayions de résoudre avec MOXIE."

Une source potentielle d'oxygène est la glace qui existe sous la surface martienne. Mais extraire cette glace nécessiterait des machines complexes, et l'acte physique de creuser et de forer entraînerait une usure importante de l'équipement, ce qui est un problème lorsqu'un réparateur se trouve à une planète de l'autre. Heureusement, il y avait une autre ressource potentielle que l'équipe peut exploiter pour générer de l'oxygène :l'atmosphère.

"Avec l'approche minière, vous devez extraire la glace, le raffiner et le traiter pour libérer l'oxygène, et le ramener, ce qui n'est tout simplement pas quelque chose que nous pouvons faire de manière robotique, surtout dans nos contraintes d'espace, " dit Hecht. "Je voulais trouver une approche beaucoup plus simple. L'atmosphère martienne contient environ 96 pour cent de dioxyde de carbone, alors nous avons construit un petit arbre mécanique, parce que c'est beaucoup plus facile que de construire une miniature, société minière autonome.

L'objectif de MOXIE :collecter le dioxyde de carbone abondant dans l'air martien, le convertir en oxygène, et mesurer la pureté de l'oxygène. Après avoir aspiré l'air martien, le système filtre la poussière, le compresse, puis l'alimente dans l'électrolyseur à oxyde solide (SOXE), l'élément clé qui prend du dioxyde de carbone sous pression et utilise une combinaison d'électricité et de chimie pour diviser la molécule en oxygène et monoxyde de carbone. La pureté de l'oxygène est analysée, puis l'oxygène est libéré dans l'atmosphère martienne.

Actuellement, le plan est d'effectuer au moins 10 essais de production d'oxygène tout au long de la mission dans autant de conditions saisonnières et environnementales différentes que possible. En raison de la quantité intense d'énergie requise pour exécuter l'expérience MOXIE, l'équipe se coordonnera avec les autres chercheurs, qui devra s'éteindre pendant la durée de fonctionnement de plusieurs heures de MOXIE, puis attendez la majeure partie d'une journée martienne (appelée sol) pour que les batteries de Persévérance se rechargent. Les données seront renvoyées à un laboratoire sur le campus du MIT, où les performances de MOXIE seront analysées.

Assembler l'équipe

En 2013, La NASA a lancé un appel à propositions pour des expériences de génération d'oxygène pour le rover 2020 dans des paramètres spécifiques. Bien qu'il ait travaillé sur la mission Phoenix Mars Lander pendant ses 30 ans au JPL, lorsque Hecht a déménagé à son poste actuel au MIT Haystack Observatory en 2012, il ne s'attendait plus à être un « gars de Mars » – il pensait qu'il en avait fini avec Mars pour de bon. Mais ses anciens collègues du JPL n'étaient pas d'accord et lui ont demandé de diriger l'expérience en tant que chercheur principal. Selon Hecht, même après avoir signé, il pensait que la proposition de projet était un long shot, mais en juillet 2014, lui et ses collègues ont appris qu'ils avaient remporté le projet.

"Les chercheurs d'autres laboratoires de la NASA avaient une énorme longueur d'avance et beaucoup d'héritage technologique. La sélection de MOXIE a été une énorme surprise pour moi, " dit Hecht. " Puisque cette mission est centrée sur l'humain, Je savais qu'il fallait établir une vraie crédibilité auprès de la communauté de l'exploration humaine, que nous ne cherchions pas seulement une excuse pour faire de la science intéressante. Donc, comment les convaincre que nous sommes réels et que nous voulons aider à l'exploration humaine ? Il m'a fallu environ cinq minutes pour penser à Jeff Hoffman."

Hoffmann, un professeur de la pratique au MIT AeroAstro, sait certainement une chose ou deux sur l'exploration spatiale humaine. Il a enregistré quatre sorties dans l'espace lors de ses cinq vols spatiaux au cours de sa carrière d'astronaute de la NASA, y compris la mission initiale de sauvetage/récupération pour réparer le télescope spatial Hubble en 1993.

En plus de la vaste expérience de Hoffman dans le domaine des vols habités, il partageait un autre lien avec Hecht :Hecht était le premier étudiant diplômé de Hoffman en tant que nouveau chercheur du MIT avant d'être appelé pour entrer dans le programme des astronautes en 1978 et poursuivre une carrière avec la NASA. Il est retourné à la faculté du MIT en 2001, et en plus d'être chercheur principal adjoint sur MOXIE, il dirige le Human Systems Lab au MIT et donne des cours sur les systèmes de vols spatiaux habités.

« C'est une expérience formidable de collaborer avec un ancien étudiant diplômé en tant que collègues, surtout sur un projet comme MOXIE car il montre à quel point les étudiants diplômés sont importants pour le processus de recherche dans une histoire qui boucle la boucle, " dit Hoffman. " Non seulement les étudiants diplômés effectuent le travail quotidien sur un projet, mais nous développons également la prochaine génération de personnes qui poursuivront l'exploration non seulement de Mars, mais tout le système solaire."

Ph.D. AeroAstro les étudiants Eric Hinterman SM '18 et Maya Nasr '18 font partie de l'équipe MOXIE depuis 2016, lorsque Hinterman travaillait sur sa maîtrise et que Nasr effectuait un projet de recherche lié à MOXIE en tant que junior en aéronautique et astronautique.

Pour son mémoire de maîtrise, Nasr s'est concentré sur l'étalonnage des capteurs de l'unité MOXIE en réalisant des expériences sous différentes pressions, températures et conditions qui imitent l'environnement sur Mars. Le but de son travail de maîtrise était de comprendre comment les capteurs peuvent se comporter différemment dans un environnement comme celui de Mars, et de les calibrer en conséquence afin qu'ils renvoient des données précises pendant la mission. Son doctorat les travaux porteront sur le traitement et l'analyse à la fois des données du laboratoire expérimental MOXIE et des données de télémétrie qui seront renvoyées de Mars, ce qui aidera à déterminer dans quelle mesure l'unité fonctionne dans sa tâche d'extraction d'oxygène.

"Pour moi personnellement, cela signifie beaucoup de travailler sur ce projet et c'est incroyable que le lancement ait déjà lieu. J'ai grandi au Liban et je me souviens avoir regardé le Curiosity Rover atterrir, et à l'époque le directeur du JPL de la NASA était le Dr Charles Elachi, qui est d'origine libanaise, " dit Nasr. " Le voir en contrôle de mission m'a fait comprendre qu'il était possible de faire partie d'une mission sur Mars, et c'est l'une des raisons pour lesquelles j'ai postulé au MIT."

Le nouveau membre de l'équipe MOXIE est Justine Schultz, étudiante à la maîtrise AeroAstro, qui a rejoint à la fin du printemps 2020. Schultz, qui travaille également à temps plein chez General Electric, concentrera ses travaux d'études supérieures sur la construction d'un modèle thermique détaillé de MOXIE.

Qu'est-ce qu'il y a dans un nom?

Étant donné que "Mars OXygen In situ Resource Utilisation Experiment" est une bouchée, Hecht voulait faire preuve de créativité avec le nom du projet. L'inspiration initiale vient du soda Moxie, qui a été inventé dans le Massachusetts dans les années 1800 comme tonique calmant pour les nerfs. Lorsque la société l'a mélangé avec de l'eau gazeuse pour une carbonatation supplémentaire, il a commencé à voler des étagères et est devenu l'un des premiers sodas produits en série aux États-Unis.

En plus du lien local et du rôle important du dioxyde de carbone dans la success story de Moxie soda, Hecht pensait que le sens du mot qui est devenu une partie de notre lexique culturel était particulièrement adapté au projet. Merriam-Webster définit "moxie" comme "l'énergie, dynamisme, courage, détermination, et le savoir-faire. » Le sens le plus profond est devenu encore plus pertinent alors que le monde était aux prises avec une dangereuse pandémie mondiale avec la ligne d'arrivée en vue.

« La situation avec le coronavirus a certainement causé quelques retards par rapport à ce que nous pensions être, mais heureusement, cela n'a jamais mis en danger la mission. Malgré quelques revers, nous avons pu pivoter et nous adapter pour garder le lancement sur la bonne voie, " a déclaré Hecht. "Mais au diable COVID-19, nous lançons ce rover."

La fenêtre de lancement est un facteur important car elle marque la période de temps où l'orbite de la Terre autour du soleil est alignée avec celle de Mars de manière à permettre à une fusée de suivre une trajectoire de vol comme changer de voie sur une autoroute pour rejoindre sa cible. point d'atterrissage sur le cratère Jezero de Mars. La fenêtre se ferme le 15 août et ne rouvrira pas avant 26 mois.

"Même s'il sera triste de ne pas avoir ce moment de célébration en personne ensemble, l'essentiel est que nous allons arriver à la surface de Mars et produire de l'oxygène, que nous ferons en ligne depuis chez nous, " dit Hoffman. " En regardant tout ce qui s'est passé au cours des derniers mois et toutes les personnes qui ont travaillé dur pour préparer Mars 2020 pour le lancement malgré la fermeture du monde autour de nous, Je suis heureux que nous ayons choisi le nom Persévérance, car s'accrocher et persévérer dans la mission est devenu le nom du jeu."