火星一旦证实有水又有氧气，火星移民计划是否真的可以实现？

就在今年四月左右将火星大气中的部分二氧化碳成功转化为氧气后，美国毅利号火星车于12月15日再次传回消息，据称在火星着陆之后一直行驶所在的岩床是由火山岩浆流动形成的。

自毅力号火星车于2020年7月30日发射升空后，于2021年2月18日登陆火星。它的任务包括寻找火星远古时期可能存在过的生命迹象，探索火星的地质和气候特征，为未来人类探索和登陆火星探路。

人类最伟大的发现是在火星大气中准确了解到二氧化碳含量为96%。毅力号火星车上搭载的“火星氧原位资源利用实验(MOXIE)”装置成功从火星大气中提取了5克氧气，看似微不足道的氧气含量却可以提供一名宇航员10分钟的自由呼吸时间。

人类如此痴迷火星探索，是因为在未来火星将成为人类探索踏步的下一个地外天体，至于什么时候能在火星上生活，目前看来还十分遥远。既然提到了要在这颗看似满布铁锈的星球上生存和工作，需要解决的难题许多，任何一项踏步前的准备工作都不亚于制造核武的挑战难度。

首先人类面临的第一个挑战就是如何在火星上获取(制造)氧气。我们都知道火星的大气层与地球相比显得十分稀薄，而且主要成分还是以二氧化碳为主。对于人类和登陆火星的火箭而言，都缺乏必需的氧气。

NASA(美国国家航空航天局)表示，这次实验的成功为进一步探索火星提供了更多可能性。与此同时，欧洲航天局与俄罗斯国家航天集团公司联合实施的一个火星探测项目也有了一个震惊世界的新发现，那就是火星大峡谷中存在着大量的地下液态水资源，并且存在地下水的区域在估算至少不低于10万平方公里，初步探索火星就得到了，相当于荷兰国土面还大的地下水储备信息。

最让人感到兴奋的是，这些地下水不仅分布面积很广，而且海水区域的位置距离地表层非常的近，最近处是在火星地表以下一米处，这意味着火星地下水的开采相对来说比地球上打一口水井要容易很多。

不过值得注意的是，目前发现的这些地下水资源并不是以液态水的形式存在，而是以冰或者含水矿的形式存在，但无论如何，火星存在大量水资源已经是一个明确且既定的事实。在马斯克之前的构想中，2050年之前，人类就可以在火星上建立起一座可供100万人生活的城市，而我们人类要想在火星上生存甚至生活，就必须满足最基本的氧气和水的供应。加上之前在火星上用二氧化碳制氧的成功实现，现如今又确定火星存在大量水资源的事实，无疑是为马斯克的火星移民计划提供了大量的事实依据。

除了为火星移民提供可靠依据之外，此次火星大量地下水的发现还意味着火星上曾经存在过生命的可能，最起码是存在过碳基生物，它们所需要的氧气、水等基本条件曾经这里是存在过的。而种种迹象正在告诉人类，地球可能并不是唯一存在生命的星球，人类文明也不是这宇宙中唯一存在的文明。

因此，NASA在其毅力号火星车上安装了一个名为MOXIE(火星氧原位资源利用实验)的实验装置，主要用途是测试在火星上制造氧气的可行性和效率高低。

MOXIE是火星氧气原位资源利用实验Mars Oxygen In-Situ ResourceUtilizationExperiment的英文缩写，它的原理是利用电化学过程，将二氧化碳分解为一氧化碳和氧离子，然后将氧离子结合成氧气，并将一氧化碳作为废气排放。二氧化碳转化为氧气的电化学过程是一种利用电能的方法，目前在地球上这个方式被广泛用于制氧工厂。

这个转换过程是发生在电解池中，其中二氧化碳在阴极被还原，而氢氧根离子在阳极被氧化为氧气 。由于还原二氧化碳所需的活化能较高，这个过程需要施加一定的高电压才能实现 。在阴极发生的氢析出反应的程度随电压的增加而加大，这会抑制二氧化碳的还原，因此二氧化碳的有效还原通常需要一个合适的催化剂，使二氧化碳的电化学还原成为一个电催化还原过程 。

电化学还可以将二氧化碳还原转化为其他有用的产物，就如甲烷、乙烯或乙醛等工业所需物质。这种化学反应方式和二氧化碳转化氧气同理。

MOXIE的体积和烤面包机差不多大小，重量在17公斤左右，但它的实际工作环境却需要在800摄氏度的高温环境下才能运行，如此高温下NASA工程师使用了一些特殊的材料来保证，能在高温下安全正常运行。

MOXIE于2021年2月随毅力号火星车成功着陆火星耶泽罗陨石坑，这片区域曾经是远古类似淡水湖泊的环境，存在过生命迹象的可能会大大增加。

毅力号本次的主要任务是在这里探索和采集地表岩石样本，大概探索深度不会超过地下两米的距离，更不可能出现如网上所说的，能够采集到远古生物化石样本，待收集到指定程度后毅力号火星车会将岩石样本保存起来，等待未来的回收飞船将其带回地球。

而MOXIE则是毅力号上的一个技术实验，旨在为未来的载人火星任务提供技术支持和验证信息。MOXIE已经在火星上实现了三次成功制备出氧的实验成果，分别于2021年4、8、9三个月份进行。

第一次实验就成功地从火星大气中制造了5克氧气。

第二次实验产生了接近6克氧气，并测试了不同的操作模式和环境条件是否存在有其他变化。

第三次实验则创造了新的纪录，制造出了12克氧气，相当于一个宇航员呼吸20分钟所需的氧量。MOXIE的设计目标是每小时能够制造10克左右的氧气，这对于维持一个小型生命支持系统或者为一个小型火箭提供燃料已经足够了。但是如果要实现载人火星任务，则需要更大规模和更高效率的制氧设备。

NASA估计，一个四人的小组的宇航员团队，在火星上生存一年所需的氧气消耗量，在正常情况下为一吨左右，而从火星表面返回地球则需要约七吨的氧气。

因此，若需要产出更多的氧气，未来停留在火星的制氧设备，在现有的基础上没有提升可能只有增加设备的体积来完成更多的氧气生产，并且还需要能够长期稳定地运行。

MOXIE项目的首席研究员、麻省理工学院教授迈克尔·赫赫特表示，MOXIE在火星上制造氧气是一个历史性的成就，也是原位资源利用的首次证明。MOXIE实验成果更是有望为未来在火星上建立基地提供人类生存的重要支持，实现火星资源的可持续利用，原位资源利用是一种利用行星或卫星上的本地资源来生产所需物资的方法，这样可以减轻从地球往返运输物资的消耗，这样可以大大增加任务的灵活性和可持续性。实现火星资源的可持续利用，除了氧气之外，火星上还存在着其他可利用资源，比如水冰、太阳能、风能、大量的矿藏资源。

迈克尔·赫赫特称，MOXIE的实验成功更是为人类登陆火星开辟了一条新的途径，也为火星的探索和后期殖民提供了新的可能性。火星氧气原位资源利用实验的成功为其他行星（如月球、金星等）的资源利用提供了借鉴，有助于推动深空探测技术的发展。这样一来MOXIE不仅是一个在火星上的实验，而是人类踏入深空的一个先驱，它将引领人类走向一个崭新的太空探索时代。