Потенциально лучший способ получения кислорода для астронавтов в космосе с использованием магнетизма был предложен международной группой ученых, в том числе химиком из Уорикского университета.
Вывод сделан на основе нового исследования магнитного разделения фаз в условиях микрогравитации, опубликованного в журнале npj Microgravity исследователями из Уорикского университета в Великобритании, Колорадского университета в Боулдере и Свободного университета Берлина в Германии.
Поддержание дыхания астронавтов на борту Международной космической станции и других космических аппаратов — сложный и дорогостоящий процесс. Поскольку люди планируют будущие миссии на Луну или Марс, потребуются более совершенные технологии.
Ведущий автор Альваро Ромеро-Кальво, недавний доктор философии. выпускник Университета Колорадо в Боулдере, говорит, что «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. Относительно недавний анализ от Исследователь из НАСА Эймс пришел 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».
Доктор Катарина Бринкерт с факультета химии и Центра прикладных космических технологий и микрогравитации (ZARM) Уорикского университета в Германии говорит, что «эффективное разделение фаз в условиях пониженной гравитации является препятствием для исследования космоса человеком и известно со времен первых полетов в космос» в 1960-х годах. Это явление представляет собой особую проблему для системы жизнеобеспечения на борту космических кораблей и Международной космической станции (МКС), поскольку кислород для экипажа производится в системах электролиза воды и требует отделения от электрода и жидкого электролита».
Основной проблемой является плавучесть.
Представьте себе стакан газированной воды. На Земле пузырьки CO 2 быстро всплывают наверх, но в отсутствие гравитации этим пузырькам некуда деваться. Вместо этого они остаются взвешенными в жидкости.
НАСА в настоящее время использует центрифуги для вытеснения газов, но эти машины большие и требуют значительной массы, мощности и обслуживания. Между тем, команда провела эксперименты, демонстрирующие, что в некоторых случаях магниты могут достигать тех же результатов.
Хотя диамагнитные силы хорошо известны и понятны, их использование инженерами в космических приложениях не было полностью изучено, потому что гравитация затрудняет демонстрацию технологии на Земле.
Войдите в Центр прикладных космических технологий и микрогравитации (ZARM) в Германии. Там Бринкерт, который в настоящее время проводит исследования, финансируемые Немецким аэрокосмическим центром (DLR), руководил командой в успешных экспериментальных испытаниях на специальной башне, которая имитирует условия микрогравитации.
Здесь группы разработали процедуру отделения пузырьков газа от поверхностей электродов в условиях микрогравитации, генерируемых в течение 9,2 с в Бременской каплевидной башне. Это исследование впервые демонстрирует, что пузырьки газа могут «притягиваться» и «отталкиваться» от простого неодимового магнита в условиях микрогравитации, погружая его в различные типы водного раствора.
Исследование может открыть новые возможности для ученых и инженеров, разрабатывающих кислородные системы, а также для других космических исследований , связанных с фазовыми переходами жидкости в газ.
Д-р Бринкерт говорит, что «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 достигается даже при почти полном отсутствии выталкивающей силы».
Профессор Ханспетер Шауб из Университета Колорадо в Боулдере говорит, что «после многих лет аналитических и вычислительных исследований возможность использовать эту удивительную падающую башню в Германии предоставила конкретные доказательства того, что эта концепция будет работать в условиях невесомости ».
