Czy oddychasz w kosmosie za pomocą prostego magnesu zanurzonego w wodzie, aby wydobyć tlen?

29 sierpnia misja Artemida 1, pierwsza misja amerykańskiego programu, która ma powrócić na Księżyc, może wystartować w tym tygodniu, zgodnie z zapowiedziami NASA. Obecność człowieka w kosmosie z konieczności wymaga stałego dostarczania tlenu. Naukowcy niedawno zademonstrowali sposób ekstrakcji tlenu z wody w środowisku mikrograwitacyjnym za pomocą magnesów. Metoda ta może w przyszłości przyczynić się do rozwoju technologii dla długoterminowych misji kosmicznych.

Eksploracja kosmosu przez człowieka wiąże się z wieloma wyzwaniami, z których głównym jest brak sił wyporu na orbicie. Prowadzi to do komplikacji związanych z separacją faz w środowiskach mikrograwitacyjnych, która jest jednak uważana za proces krytyczny dla szerokiej gamy technologii kosmicznych. Obejmuje sprzęt do zarządzania paliwem, wymiany ciepła i systemów podtrzymywania życia, w tym między innymi produkcji tlenu, paliwa i innych chemikaliów, a także usuwania dwutlenku węgla z powietrza w kabinie i recyklingu ścieków.

Nakłonienie astronautów do oddychania na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej i innych statków kosmicznych to złożony i kosztowny proces. Ponieważ ludzie planują przyszłe misje na Księżyc lub na MarsPotrzebna będzie lepsza technologia. Jeden z oficjalnych podcastów NASA Johnson Space Center, at styczeń 2022omawia nadchodzące postępy techniczne i demonstracje systemu generowania tlenu nowej generacji do lotów kosmicznych.

Obecnie Międzynarodowa Stacja Kosmiczna wyposażona jest w regeneracyjny system podtrzymywania życia. Kevin Takada, inżynier systemowy w zestawie generowania tlenu na stacji kosmicznej w NASA Marshall Space Flight Center w Alabamie, wyjaśnia: Zasadniczo przetwarzamy wiele odpadów od astronautów, zwłaszcza ścieki i dwutlenek węgla. […] Na przykład istotną częścią ścieków jest mocz. […] Dzięki naszej kolekcji możemy odzyskać około 87% wody z moczu, zamieniając ją w wodę pitną do picia lub do wytwarzania tlenu. […] OGA (Oxygen Generation Aggregate) został zaprojektowany 20 lat temu, więc branża posunęła się do przodu i wszystko działało trochę lepiej. ”.

Niedawno międzynarodowy zespół naukowców zaproponował bardziej wydajny, opłacalny i realny sposób wytwarzania tlenu dla astronautów w kosmosie. Technologia ta opiera się na przenikalności magnetycznej, która umożliwia wytwarzanie tlenu z wody przy braku siły wyporu. Ich praca została opublikowana w mikrograwitacja npj

Brak grawitacji, a zatem brak tlenu?

Jak wyjaśnili autorzy badania, głównym problemem z przedostawaniem się tlenu do kosmosu jest jego brak powaga, co oznacza brak pływalności. W rzeczywistości grawitacja odgrywa ważną rolę na Ziemi, pomagając w powstawaniu pęcherzyków dwutlenku węgla₂ Wznieść się na powierzchnię i unosić się tam, jak w szklance sody. Ale w kosmosie bąbelki nie mają dokąd pójść i pozostają zawieszone w cieczy.

mówi główny autor Alvaro Romero Calvo z University of Colorado w Boulder w Indiach Komunikacja : ” Na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej tlen jest generowany za pomocą ogniwa elektrolitycznego, które dzieli wodę na wodór i tlen, ale potem trzeba usunąć te gazy z układu. Obecnie NASA używa wirówek do wyrzucania gazów, ale te maszyny są duże i wymagają znacznej masy, energii i konserwacji.

Nie wspominając o analiza końcowa Jeden z badaczy NASA doszedł do wniosku, że dostosowanie tej architektury do podróży na Marsa spowodowałoby znaczne kary za masę i niezawodność, które nie miałyby sensu z niej korzystać. W rzeczywistości wyjaśnia: Korzystanie z systemu generującego tlen na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej nie jest realnym sposobem dotarcia na Marsa. Będzie produkował mniej tlenu niż sam waży i prawdopodobnie będzie kosztował więcej niż tlen w butlach. System generowania tlenu ISS wymaga gruntownych remontów, aby zapewnić zadowalające działanie […]w tym mniejsza masa, lepsza niezawodność i łatwość konserwacji, większe bezpieczeństwo, sztywność radiologiczna i bezczynność podczas misji dalekiego zasięgu. Dlatego naukowcy spędzili lata badać Jak można wykorzystać magnesy, aby osiągnąć „ten sam” efekt prądu ISS OGA.

Magnes, by pozostać na Księżycu i polecieć na Marsa

Jednak chociaż siły magnetyczne są dobrze znane i zrozumiałe, ich wykorzystanie przez inżynierów w zastosowaniach kosmicznych nie zostało w pełni zbadane, ponieważ grawitacja utrudnia udowodnienie technologii na Ziemi. W rzeczywistości bimagnetyzm jest zjawiskiem wywodzącym się z mechaniki kwantowej i prowadzi do siły odpychającej między dowolnym materiałem a magnesem. Jednak ta moc jest bardzo słaba i trudna do zauważenia w życiu codziennym.

Dlatego dr Katharina Brinkert z Wydziału Chemii i Centrum Stosowanej Technologii Kosmicznej i Mikrograwitacji (ZARM) na Uniwersytecie w Warwick przeprowadziła eksperymentalne testy w specjalnym obiekcie „wieży swobodnie spadającej”, która symuluje warunki mikrograwitacji. Konkretnie, jest to wieża o wysokości 146 metrów, która wysyła kapsułę uderzeniową, która spadając swobodnie opada na ziemię, tworząc krótkie okno do doświadczenia mikrograwitacji.

Dzięki temu naukowcy byli w stanie opracować procedurę oddzielania pęcherzyków gazu od powierzchni elektrod w środowiskach generowanych przez mikrograwitację, w trakcie tych badań, trwającą 9,2 sekundy. Innymi słowy, pokazali, że pęcherzyki gazu mogą być „przyciągane” i „odpychane” przez proste magnesy neodymowe, zanurzone w różnego rodzaju roztworach wodnych.

Współautor profesor Hanspeter Schaub z University of Colorado w Boulder mówi: Po latach badań analitycznych i obliczeniowych możliwość wykorzystania tej niesamowitej wieży spadowej w Niemczech dostarczyła konkretnych dowodów na to, że koncepcja ta będzie działać w kosmicznym środowisku o zerowej grawitacji. ”.

Badania mogą otworzyć nowe możliwości dla naukowców i inżynierów opracowujących systemy tlenowe, a także inne badania kosmiczne obejmujące przemiany fazy ciekłego gazu. Dr Brinkert podsumowuje słowami: Efekty te mają ogromne implikacje dla dalszego rozwoju systemów separacji faz, takich jak dalekie misje kosmiczne, sugerując, że wydajną produkcję tlenu i np. wodoru w (fotonicznym) elektrolizerze wody można uzyskać nawet w warunkach hipotetycznych. Brak siły wyporu ”.

źródło : mikrograwitacja npj