Получение кислорода с помощью магнитов может помочь астронавтам дышать

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 из 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 нужно удалять эти газы из системы. Относительно недавний анализ Ames НАСА пришел к выводу, что адаптация той же архитектуры для полета на Марс приведет к настолько 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 CO2 быстро всплывают наверх, но в отсутствие гравитации пузырькам некуда деваться. Вместо этого они остаются взвешенными в жидкости.

Сейчас НАСА 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.

В Центре прикладных космических технологий и микрогравитации (ZARM) в Германии Бринкерт руководит командой в 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 секунд в «падающей 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.

По словам Бринкерт «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».

«После многих лет аналитических и вычислительных исследований возможность использовать эту удивительную «падающую башню» в Германии предоставила конкретные доказательства того, что концепция будет работать в условиях невесомости», рассказывает профессор Ханспетер Шауб из Университета Колорадо в Боулдере.