Плани з освоєння Марса є і у Європейського космічного агентства (програма ExoMars), і у NASA і SpaxeX (Red Dragon): першу пілотовану місію планують вже на 2022 рік; з неї має розпочатися колонізація Червоної планети, передає Ukr.Media. Атмосфера Марса непридатна для дихання, тому однією з перших проблем, яку належить вирішити організаторам марсіанських експедицій, стане проблема джерела кисню.
Група фізиків з університетів Порту і Лозанни запропонувала елегантне рішення: отримувати кисень із вуглекислого газу Марса за допомогою низькотемпературної плазми.
При взаємодії з низькотемпературною плазмою хімічні зв'язки між атомами у молекулі вуглекислого газу рвуться з утворенням іонів, які потім рекомбінують з утворенням інших сполук. При певних умовах продуктами стають кисень (O2) і чадний газ (монооксид вуглецю, CO).
Цей процес автори роботи, опублікованої в Plasma Sources Science and Technology, пропонують використовувати для одержання кисню безпосередньо з атмосфери Червоної планети. Сировини на Марсі досить: вуглекислий газ (CO2) становить 96% марсіанської атмосфери.
На Землі для проведення цієї реакції потрібні низькі температура і тиск. Автори статті відзначають, що марсіанські умови відрізняються від земних: тиск у поверхні планети становить 1/110 земного, а середня температура — 60°С, тому ні холодильників, ні камери низького тиску для отримання кисню з вуглекислого газу не будуть потрібні. Це важливо: чим менше енергоємних приладів, тим легше доведеться майбутнім колоністам.
Генератор, який отримує розряди постійного струму, створює іонізований газ, заряджені частинки якого руйнують подвійну зв'язок C=O в молекулі вуглекислого газу двома способами: (1) повністю розриваючи її за рахунок кулонівського тяжіння зарядів, або (2) підвищуючи кінетичну енергію окремих атомів, тим самим стимулюючи антисимметричное коливання атомів кисню відносно центрального атома вуглецю і розрив однієї з подвійних зв'язків з подальшим утворенням молекул кисню і чадного газу.
В низькотемпературній плазмі при зниженому тиску енергія заряджених частинок, як правило, недостатньо велика для першого процесу, тому плазмохімічних процес направляється по другому шляху. Холод і низький тиск Марса також повинні спрямувати процес у бік утворення кисню і чадного газу; це підтвердили експерименти в установках з умовами, наближеними до марсіанським.
Автори дослідження відзначають, що побічний продукт реакції, монооксид вуглецю, можна використовувати як ракетне паливо. Крім того, холод і низький тиск на Марсі уповільнять процес зворотного окислення чадного до вуглекислого газу, який становить певну проблему в земних умовах.
