麻省理工提出火星二氧化碳制氧冷等离子体反应器方案

为支持未来载人火星任务，研究人员需在火星表面就地生产返回发射所需的氧化剂。麻省理工学院（MIT）团队开发了一种小型等离子体反应器，用于将火星大气中的二氧化碳分解为氧气和一氧化碳。该分解阶段已验证可行，但如何在产物重新结合前快速捕获氧气仍是技术难点。

据美国宇航局（NASA）与中国等机构规划，未来数十年将实施载人火星探测。使用液氧的火箭中，氧化剂占燃料箱装载质量的大部分。估算显示，从火星表面发射搭载四名宇航员的上升飞行器约需25吨氧气。若从地球运输将大幅增加任务总质量。相比之下，毅力号火星车搭载的MOXIE仪器在2021至2023年间完成16次运行，仅累计产出122克氧气，目标需求量约为其二十万倍。

该反应器由MIT研究生Lanie McKinney在副教授Carmen Guerra-García指导下研发。设备采用纳秒重复脉冲介电屏障放电系统（NRP-DBD），管内填充填料以研究材料对分解过程的影响。与传统MOXIE仪器需加热至约800℃不同，冷等离子体状态主要将能量传递给电子，其余粒子保持相对低温，从而可在较低温度下断裂化学键。

McKinney指出，气体分解环节已实现良好效果，后续挑战在于产物分离。输出混合物中若氧气与一氧化碳距离过近，会重新结合生成二氧化碳。为此，团队将反应器与选择性透氧膜结合，试图让氧气比发生二次反应更快地脱离反应区。目前，活性等离子体环境对膜材料的具体影响尚不明确，因两套系统尚未进行深度联合测试，团队表示暂无法确定Zui终结果。相关成果暂未提交同行评审期刊，数据目前仅见于研究者所在大学主页。