Zapewnienie stałego dostępu do powietrza do oddychania jest kluczowe dla długoterminowych misji kosmicznych, gdzie możliwości uzupełniania zapasów są mocno ograniczone. Tradycyjne metody, takie jak elektroliza stosowana na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS), okazują się zbyt skomplikowane i energochłonne dla przyszłych, dalekosiężnych wypraw.
Przełomowe badania międzynarodowego zespołu naukowców z Georgia Institute of Technology, Centrum Stosowanych Technologii Kosmicznych i Mikrograwitacji (ZARM) przy Uniwersytecie w Bremie oraz Uniwersytetu w Warwick, oferują znacznie wydajniejsze i bardziej zrównoważone rozwiązanie: wykorzystanie pól magnetycznych do zwiększenia produkcji tlenu w warunkach mikrograwitacji. Zespół pod kierownictwem dr Álvaro Romero-Calvo opracował system, który dzięki oddziaływaniom magnetycznym usprawnia proces elektrolizy wody w przestrzeni kosmicznej.
Wyzwaniem w mikrograwitacji jest fakt, że pęcherzyki gazu powstające podczas elektrolizy przywierają do elektrod, utrudniając separację. Nowe podejście, wykorzystujące powszechnie dostępne magnesy neodymowe, pozwala na pasywne sterowanie przepływem tych pęcherzyków, kierując je z dala od elektrod do wyznaczonych punktów zbiorczych. Eliminuje to potrzebę stosowania skomplikowanych mechanicznie i energochłonnych komponentów, takich jak wirówki czy pompy, co przekłada się na lżejsze i prostsze systemy podtrzymywania życia.
Badania, opublikowane w prestiżowym czasopiśmie „Nature Chemistry”, identyfikują dwa główne mechanizmy magnetyczne: diamagnetyzm i magnetohydrodynamikę. Diamagnetyzm powoduje odpychanie wody przez pole magnetyczne, co pomaga w kierowaniu pęcherzyków gazu. Z kolei magnetohydrodynamika, wynikająca z interakcji pola magnetycznego z prądem elektrycznym generowanym podczas elektrolizy, tworzy ruch wirowy cieczy, który efektywnie oddziela pęcherzyki gazu od wody. Połączone działanie tych sił może zwiększyć wydajność ogniw elektrochemicznych nawet o 240%.
Eksperymenty przeprowadzone w wieży zrzutowej ZARM w Bremie, symulującej warunki mikrograwitacji, potwierdziły skuteczność magnetycznego sterowania przepływem pęcherzyków gazu. Ta innowacja stanowi znaczący krok naprzód w dziedzinie mechaniki płynów w warunkach niskiej grawitacji i otwiera nowe możliwości dla przyszłych architektur lotów załogowych.
Potencjał tej technologii jest ogromny, oferując ścieżkę do tworzenia prostszych, tańszych i bardziej zrównoważonych systemów podtrzymywania życia dla misji kosmicznych. Zespół planuje dalsze testy, w tym loty suborbitalne, aby potwierdzić działanie metody w dłuższych okresach mikrograwitacji. Odkrycie to stanowi obiecujący krok w kierunku bardziej efektywnej i niezawodnej produkcji tlenu, niezbędnego dla powodzenia przyszłych eksploracji kosmosu, w tym potencjalnych misji na Marsa, gdzie niezawodność systemów jest absolutnym priorytetem.