[發明專利]火星表面產生氧氣的裝置和方法

在審

• 申請號: 201810172284.0
• 申請日: 2018-03-01
• 公開（公告）號: CN108190842A
• 公開（公告）日: 2018-06-22
• 發明（設計）人: 辛艷青;武中臣;王霄;王家豪;張江;凌宗成;李勃;付曉輝;郭愷琛
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C01B13/02
• 分類號: C01B13/02
• 代理公司: 青島清泰聯信知識產權代理有限公司 37256
• 代理人: 高洋

本發明提出一種火星表面產生氧氣的裝置和方法，屬于火星環境資源利用領域，該方法利用火星表面太陽能轉化為電能，通過對二氧化碳放電將二氧化碳等離子體化并轉化為氧氣；該裝置結構簡單，可直接利用火星表面的太陽能和大氣資源實現在火星表面直接制取氧氣的目的。該裝置包括火星氣體采集單元、氧氣生成單元、供電單元、氣體監測單元、氧氣分離提純單元和氧氣壓縮儲存單元。本發明能夠應用于火星環境資源開發及利用工程任務中，可為火星載人探測或樣品返回提供必要呼吸氣體和動力燃料。

技術領域

本發明屬于火星環境資源利用領域，尤其涉及一種在火星上將火星大氣中的二氧化碳轉化為氧氣的實驗裝置及實驗方法。

背景技術

火星是太陽系地外行星中最有可能適合人類生存的星球。火星探測已經成為國際熱點與科技大國之間的競爭焦點，對人類生存和發展都有著重要意義。火星表面環境與地球差異巨大，主要特征為：低溫、低氣壓(二氧化碳氣氛)、高輻射、低重力。人類若要登陸甚至移民火星，需要將火星進行地球化改造，非常關鍵的前提條件就是要產生大量的可供人類呼吸和作為火箭燃料的氧氣。

目前針對火星表面產生O₂的研究才剛起步，麻省理工學院研發的火星表面O₂就位產生系統(MOXIE，Mars Oxygen in situ resource utilization experiment)采用核能為動力，電催化方式將火星大氣中的二氧化碳轉化為O₂。但該系統需要在高溫、催化和壓縮火星表面二氧化碳氣體的條件下才能正常工作。系統能耗較、體積和重量很大。因此，尋找一種有效地產生氧氣的技術手段就顯得極為重要。

發明內容

本發明提出一種火星表面產生氧氣的裝置和方法，該方法利用火星表面太陽能轉化為電能，通過對二氧化碳放電將二氧化碳等離子體化并轉化為氧氣；該裝置結構簡單，可直接利用火星表面的太陽能和大氣資源實現在火星表面直接制取氧氣的目的。

為了達到上述目的，本發明提供了一種火星表面產生氧氣的裝置，包括：

火星氣體采集單元；

氧氣生成單元，所述氧氣生成單元與所述火星氣體采集單元相連，所述氧氣生成單元包括高壓高頻電源和等離子體發生器，用于將所述火星氣體采集單元采集的火星大氣等離子體化，使二氧化碳轉化為氧氣；

氧氣分離提純單元，所述氧氣分離提純單元與所述氧氣生成單元相連，用于分離純化所述氧氣生成單元中反應生成的氣體，得到純凈的氧氣；

氧氣壓縮儲存單元，所述氧氣壓縮儲存單元與所述氧氣分離提純單元相連，用于壓縮儲存純凈的氧氣；

供電單元，所述供電單元分別與所述火星氣體采集單元、氧氣生成單元、氣體檢測單元、氧氣分離提純單元、氧氣壓縮儲存單元相連，用于向所述火星氣體采集單元的進氣、所述氧氣生成單元、所述氧氣分離提純單元和氧氣壓縮儲存單元提供所需能量。

作為優選，所述等離子體發生器包括第一等離子體發生器和第二等離子體發生器，所述第一等離子體發生器用于放電激發二氧化碳反應生成氧氣與一氧化碳，所述第二等離子體發生器在用于激發由第一等離子體發生器產生的部分一氧化碳反應生成氧氣與碳的同時，進一步電離第一等離子體發生器中未完全參與反應的殘留二氧化碳氣體反應產生氧氣與一氧化碳。

作為優選，所述高壓高頻電源包括第一高壓高頻電源和第二高壓高頻電源，所述第一高壓高頻電源用于向所述第二等離子體發生器提供能量，所述第二高壓高頻電源用于向第一等離子體發生器提供能量。

作為優選，所述裝置還包括氣體監測單元，所述氣體監測單元用于監測所述第一等離子體發生器反應產生的氣體成分，根據其監測結果對所述第一高壓高頻電源進行能量調節，使其達到產氧量高的放電條件。