去火星旅行，至少可以说，将是一项艰巨的任务。尽管近几十年来，载人航天已成为近地空间常见的活动，但要摆脱我们的引力束缚需要大量的火箭动力。而要离开火星返回地球，同样需要巨大的能量。
但是，NASA、其他航天机构和私营公司已将目光投向了将人类送上火星——并安全地送回地球。因此，工程师和科学家们正在努力研究如何制造足够的推进剂，使这样的旅行成为可能。
氧气是火箭推进的关键组成部分，但在红色星球上却很难找到。然而，火星上一个原型机的结果表明，可以从空气中提取氧气——这预示着未来可以生产氧气来为火箭发射提供动力，但目前还不足以供人类直接呼吸火星空气。
“如果设计一个不利用就地资源的载人火星任务，那将是极其困难，甚至不可能的，”NASA 艾姆斯研究中心行星科学家卡罗尔·斯托克（Carol Stoker）说道。她没有参与此项目，她使用了“就地”的科学术语。“
现在，一个搭载在“毅力号”火星车上的午餐盒大小的设备，已经为利用火星资源生产推进剂打开了大门。“火星就地资源利用氧气实验”（MOXIE）已经在红色星球上成功生产了氧气。
根据周三发表在《科学进展》杂志上的一篇报告，“毅力号”火星车于 2021 年 2 月着陆后，到当年年底，MOXIE 在七次运行中生产了约 50 克氧气。麻省理工学院航空航天学教授、MOXIE 副首席研究员杰弗里·霍夫曼（Jeffrey Hoffman）表示，MOXIE 在 2022 年的各种条件下一直在继续运行实验。
霍夫曼说，该设备每小时可以生产 6 到 10 克氧气，具体取决于大气条件。他说，在 8 月底火星大气最稠密的时候，它达到了最大生产速率。
霍夫曼表示，MOXIE 的目的是“验证这个过程在火星上是否真的有效。我想说，我们在这条路上已经走了很远。”
MOXIE 利用构成火星大气的分子来制造氧气。但这并非简单的提取。火星大气 95% 是二氧化碳（地球大气主要成分是氮气，也有很大一部分是氧气）。MOXIE 必须将二氧化碳分子分解成一氧化碳和氧气。
首先，MOXIE 通过 HEPA 过滤器吸入空气，以防止火星尘埃进入该过程。然后，火星空气会经过压缩机，因为霍夫曼解释说，其密度不足以支持产氧过程。该设备压缩火星空气，显著增加其密度：从比地球大气稀薄 100 倍增加到大约一半的稀薄程度。
然后，二氧化碳被加热到约 1500 华氏度（800 摄氏度）。加热后，就到了关键环节：通过电解单元运行，电解单元利用电来驱动化学反应。在那里，二氧化碳遇到催化剂，如镍，这会导致二氧化碳分子分解成一氧化碳（CO）和氧离子。然后，利用电力将氧离子通过过滤器拉入另一个腔室，在那里它们结合形成氧分子。其结果是纯氧，可以用于呼吸或火箭。
霍夫曼说：“MOXIE 的好处是，从氧气方面来说，你只需要大气。”“所以无论你在哪里，你都可以去任何你想去的地方，你都有大气。”
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MOXIE 在火星的夜晚、白天以及多个季节——甚至冬天——都生产了氧气。科罗拉多大学博尔德分校大气与空间物理实验室研究科学家玛格丽特·兰迪斯（Margaret Landis）解释说，在火星极地最寒冷的月份，由于二氧化碳沉积为极地表面的冰，大气密度会降低。这意味着每六个月，MOXIE 可用的二氧化碳就会减少。尽管如此，在那些大气稀薄的时期，它每小时仍能生产约 6 克氧气。
霍夫曼说：“MOXIE 可以在火星上任何时间运行。”“如果我们能再进行几次运行，我们会尝试在黎明和黄昏时运行，那时条件变化迅速，我们可以证明 MOXIE 可以适应这些变化。”
然而，每小时 6 到 10 克的产率远远不足以支持载人火星任务。霍夫曼说，普通人每天呼吸的氧气不到 1 公斤，而火箭对氧气的需求量更大。要为能够将人员送离火星表面的火箭提供动力，需要数十吨甚至数百吨的氧气。但是这些氧气可以随着时间的推移而累积。霍夫曼说，一个全尺寸的类似 MOXIE 的系统需要每小时生产大约 2 到 3 公斤的氧气，才有可能积累足够的液氧用于火箭发射系统。
他说，工程师们已经有一个这样更大设备的模型。由于 MOXIE 必须搭载在“毅力号”火星车上，所以它被做得比较小，但未来的任务可以派一个更大的类似 MOXIE 的设备独自前往火星。霍夫曼说，这样的设备可能还会有更多的功能，比如也许能够将一氧化碳产物也变成有用的东西。
NASA 的斯托克说，生产氧气的能力并不意味着火星发射火箭已经准备就绪。氧气只是火箭发射方程式的一部分。它提供了燃烧反应的一半——氧化剂——但火箭仍然需要其他燃料成分。但是，她补充说，氧气可以提供推进火箭所需质量的四分之三以上，这大大减少了必须从地球运往红色星球的物品量。
兰迪斯说，随着类似 MOXIE 的技术规模的扩大，人们也应该考虑这个过程可能对火星环境造成的影响。“这是值得思考的，因为二氧化碳是火星大气的主要成分，并且在其季节性循环中起着非常重要的作用，”她说。“对于开始改变‘表面二氧化碳与大气二氧化碳’之间的平衡以及气体类型所带来的确切影响，还有很多东西需要了解。”
兰迪斯说：“有时感觉就像生活在科幻小说中的未来。”“这是我们能在火星上取得如此成就的证明。”
