Забезпечення надійного постачання дихального повітря є першочерговим завданням для місій у глибокому космосі, де можливості поповнення обмежені. Традиційні методи, такі як електроліз на борту Міжнародної космічної станції (МКС), є непрактичними для тривалих місій через їхню складність та енергетичні потреби.
Нещодавній прорив пропонує більш ефективне та стале рішення: використання магнітних полів для посилення виробництва кисню в умовах мікрогравітації. Міжнародна команда дослідників з Технологічного інституту Джорджії, Центру прикладної космічної техніки та мікрогравітації (ZARM) Бременського університету та Університету Воріка розробила систему, яка використовує магнітні взаємодії для підвищення ефективності електролізу води в космосі. Цей інноваційний підхід вирішує проблеми, пов'язані з мікрогравітацією, де газові бульбашки, що утворюються під час електролізу, мають тенденцію залишатися завислими та прилипати до електродів, перешкоджаючи процесу розділення.
Команда під керівництвом доктора Альваро Ромеро-Кальво, доцента Технологічного інституту Джорджії, продемонструвала, що застосування магнітних полів може ефективно контролювати електрохімічні потоки бульбашок у мікрогравітації. Використовуючи стандартні постійні магніти, вони створили пасивну систему розділення фаз, яка спрямовує газові бульбашки від електродів і збирає їх у визначених точках. Цей метод усуває потребу в складних механічних компонентах, таких як центрифуги та насоси, що призводить до легшої, простішої та більш сталої системи життєзабезпечення для місій у глибокому космосі.
Дослідження, опубліковане в Nature Chemistry, висвітлює дві ключові магнітні взаємодії: діамагнетизм та магнітогідродинаміку. Діамагнетизм змушує воду відштовхуватися від магнітних полів, спрямовуючи газові бульбашки до точок збору. Магнітогідродинаміка виникає внаслідок взаємодії магнітних полів та електричних струмів, що генеруються електролізом, створюючи обертальний рух у рідині, який відокремлює газові бульбашки від води за допомогою конвективних ефектів. Ці комбіновані ефекти підвищують відрив та рух газових бульбашок, покращуючи загальну ефективність електрохімічних комірок до 240%.
Для перевірки своєї системи дослідники провели експерименти на башті падіння ZARM у Бремені, Німеччина, яка імітує умови мікрогравітації. Результати підтвердили, що магнітні сили можуть реально контролювати електрохімічні потоки бульбашок у мікрогравітації, що є значним досягненням у галузі механіки рідин при низькій гравітації та уможливлює майбутні архітектури пілотованих космічних польотів. Цей прорив пропонує перспективний шлях для розробки простіших, більш економічно ефективних та сталих систем життєзабезпечення для місій у глибокому космосі.
Команда планує подальшу перевірку свого методу за допомогою суборбітальних ракетних польотів, прагнучи продемонструвати його ефективність у тривалих умовах мікрогравітації. Використовуючи магнітні взаємодії, цей інноваційний підхід вирішує критичну проблему космічних досліджень, прокладаючи шлях до більш ефективних та надійних систем виробництва кисню, необхідних для успіху майбутніх місій у глибокому космосі. Дослідження, проведені в Центрі прикладної космічної техніки та мікрогравітації (ZARM), підкреслюють важливість експериментів у контрольованих умовах для розуміння складних явищ, таких як поведінка рідин у мікрогравітації. Це відкриває нові можливості для інженерних рішень, які можуть бути застосовані не тільки в космосі, але й на Землі, наприклад, у галузі очищення води або хімічних процесів, де розділення фаз є ключовим.