В ходе того, что описывается как ключевое достижение в разработке систем, помогающих отправлять людей в дальний космос, ученые продемонстрировали метод извлечения кислорода из воды в условиях микрогравитации с использованием магнитов. Эта технология представляет собой экономически эффективный и жизнеспособный способ поддерживать дыхание астронавтов во время их путешествий и знаменует собой важный прорыв в производстве кислорода из воды в отсутствие выталкивающих сил.
«На Международной космической станции кислород вырабатывается с помощью электролитической ячейки, которая расщепляет воду на водород и кислород, но затем вы должны получить эти газы из системы», — объяснил ведущий автор Альваро Ромеро-Кальво. «Относительно недавний анализ от ученых Исследовательского центра Эймса в НАСА привел к выводу, что адаптация той же архитектуры для полета на Марс приведет к таким значительным потерям массы и надежности, что ее использование не имеет никакого смысла».
Сложность извлечения кислорода в космосе связана с отсутствием гравитации. На Земле гравитация помогает пузырькам CO2 всплывать на поверхность, например, в стакане газировки. Но в космосе эти пузырьки остаются взвешенными в жидкости. Эти газы можно извлечь с помощью громоздкой и дорогой центрифуги, но ученые потратили годы на изучение того, как можно использовать магниты для достижения того же эффекта.
Чтобы изучить эту возможность в космической среде, авторы исследования обратились к башне-стенду Bremen Drop Tower в Германии, научной установке высотой 146 метров, в которой отправляется противоударная капсула на пол, чтобы создать короткое окно времени эксперимента в условиях микрогравитации, в данном случае продолжительностью 9,2 секунды.
Ученые разработали новую методику отрыва пузырьков газа от поверхности электрода в различных жидкостях с помощью неодимовых магнитов. В своих успешных экспериментах исследователи впервые смогли использовать этот подход для притяжения и отталкивания пузырьков газа в условиях микрогравитации с помощью магнетизма.
«После многих лет аналитических и вычислительных исследований возможность использовать эту удивительную башню в Германии предоставила конкретные доказательства того, что эта концепция будет функционировать в условиях невесомости космической среды», — сказал профессор Ханспетер Шауб из Университета Колорадо в Боулдере.
По словам команды, прогресс может привести к созданию нового поколения систем жизнеобеспечения для космических кораблей следующего поколения, и это технология, которая может значительно помочь в усилиях по отправке людей на Луну и Марс.
«Эти эффекты имеют огромные последствия для дальнейшего развития систем фазового разделения, например, для долгосрочных космических полетов, предполагая, что эффективное производство кислорода и, например, водорода в водных (фото-)электролизных системах может быть достигнуто даже при почти полном отсутствии выталкивающей силы», — говорит автор исследования доктор Катарина Бринкерт из Уорикского университета.
Исследование было опубликовано в журнале npj Microgravity.
Источник: University of Warwick.
