Så tämjs röda planeten: Tekniken som skapar luft och vatten på Mars

När de första människorna kliver ut på Mars yta börjar rymdhistoires svåraste uppdrag. Att resa dit är bara början – den verkliga utmaningen är att överleva i en miljö utan andningsbar luft och rinnande vatten. Nu visar framgångsrika tester från både rymdstationen ISS och röda planetens yta att vi har tekniken för att bygga de komplexa, konstgjorda kretslopp som krävs för att hålla en besättning vid liv dag efter dag.

Framgångarna visar att de grundläggande mekanismerna för att driva en framtida Marsbas inte längre bara är teoretiska modeller. På den Internationella rymdstationen (ISS) återvinns nu nästan allt vatten, och direkt på Mars tunna yta har en testapparat bevisat att det går att tillverka andningsbar luft ur den lokala atmosfären.

De vetenskapliga framstegen vilar på två praktiska forskningsinsatser som utförts i extrema miljöer:

• Syreproduktion på plats på Mars: Genom instrumentet MOXIE, ett testexperiment monterat på NASA:s rover Perseverance, har forskare för första gången utvunnit syre ur Mars egen atmosfär. Under testkörningarna använde instrumentet högtemperaturelektrolys för att spjälka koldioxid till syrgas. Totalt producerade MOXIE 122 gram syre under sina körningar på planetens yta, vilket gav viktiga data om hur tekniken fungerar i Mars skiftande temperaturer och dammiga miljö.
• Vattenåtervinning på rymdstationen ISS: Under 2023 meddelade NASA att rymdstationens miljö- och livsuppehållande system uppnått en historisk milstolpe. Genom att utveckla ett högeffektivt system som samlar in luftfuktighet från besättningens andning och svett, i kombination med en avancerad reningsanläggning för urinrester, lyckades man demonstrera en total vattenåtervinning på omkring 98 procent.

Dessa framsteg gör det möjligt att planera för en permanent Marsbas där maskiner och biologiska system samverkar. Eftersom gynnsamma uppskjutningsfönster från jorden bara inträffar var 26:e månad, och överfarten tar många månader, är självförsörjning helt avgörande.

Luftsystemet i en framtida bas bygger på en kedja av sammanlänkade maskiner:

1. Först avskiljs den koldioxid som besättningen andas ut.
2. Koldioxiden leds till en Sabatier-reaktor där den reagerar med vätgas för att bilda metan och vatten.
3. Vattnet spjälkas sedan via elektrolys till syrgas, som besättningen andas, och vätgas, som kan ledas tillbaka till reaktorn.

På sikt ska dessa kemiska processer kompletteras med växtodling. Växterna bidrar med mat, tar upp koldioxid och avger syre, samtidigt som deras avdunstning fungerar som en naturlig vattenrenare. För att hantera systemförluster planerar forskare även att använda robotar för att utvinna lokal is ur Mars mark.

Även om framstegen är stora återstår svåra tekniska trösklar innan en hel bas kan stå på egna ben. Den största utmaningen är att inget helt slutet, självförsörjande system av denna skala ännu har testats som en sammanhängande helhet. Det är stor skillnad på att köra enskilda maskiner under kontrollerade former och att hålla ett nätverk av biologiska och mekaniska komponenter i perfekt balans under flera decennier.

Dessutom ackumuleras även små förluster snabbt. Om ett system hanterar 100 kilogram vatten per dygn och har en återvinningsgrad på 98 procent, innebär förlusten på två procent ändå att det krävs 730 kilogram nytt vatten per år för att täcka upp för det som försvinner i filter, saltavfall och läckor.

En fungerande Marsbas kan därför aldrig dimensioneras för precis medelbehovet. Den måste byggas med stora säkerhetsmarginaler, reservsystem och omfattande energibudgetar för att klara tekniska fel, strömavbrott eller skördebortfall utan att besättningens liv sätts på spel.