Химический прорыв: кислород извлекается из воды с помощью магнитов
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. Технология представляет собой экономически эффективный и жизнеспособный способ поддерживать дыхание людей во время космических 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 вам нужно удалить эти газы из системы», — объяснил ведущий автор исследования Альваро Ромеро-Кальво.
«Относительно недавний анализ 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 Бременской башне падения в Германии, научному объекту высотой 146 метров, который отправляет ударопрочную капсулу 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 стала конкретным доказательством того, что эта концепция будет работать в условиях невесомости», — говорят ученые.
По словам команды, прогресс может привести к созданию нового поколения систем жизнеобеспечения для космических кораблей следующего поколения, и новая технология 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 в отсутствие выталкивающей силы даже в ближайшем будущем».
Исследование было опубликовано в журнале npj Microgravity.