Việc đảm bảo nguồn không khí thở ổn định là tối quan trọng đối với các nhiệm vụ không gian sâu, nơi các lựa chọn bổ sung từ Trái đất rất hạn chế. Các phương pháp truyền thống, như điện phân trên Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS), thường phức tạp và đòi hỏi năng lượng cao, khiến chúng kém lý tưởng cho các sứ mệnh kéo dài.
Tuy nhiên, một đột phá gần đây đang mở ra một giải pháp bền vững và hiệu quả hơn: sử dụng từ trường để nâng cao quá trình sản xuất oxy trong môi trường vi trọng lực. Một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế từ Viện Công nghệ Georgia, Trung tâm Công nghệ Vũ trụ Ứng dụng và Vi trọng lực (ZARM) tại Đại học Bremen và Đại học Warwick đã phát triển một hệ thống tận dụng tương tác từ tính để cải thiện hiệu quả của quá trình điện phân nước trong không gian. Cách tiếp cận sáng tạo này giải quyết những thách thức do vi trọng lực gây ra, nơi các bọt khí sinh ra trong quá trình điện phân có xu hướng lơ lửng và bám dính vào các điện cực, cản trở quá trình tách khí.
Đội ngũ, do Tiến sĩ Álvaro Romero-Calvo, Trợ lý Giáo sư tại Viện Công nghệ Georgia, dẫn đầu, đã chứng minh rằng việc áp dụng từ trường có thể kiểm soát hiệu quả dòng chảy của bọt khí trong vi trọng lực. Bằng cách sử dụng nam châm vĩnh cửu có sẵn trên thị trường, họ đã tạo ra một hệ thống tách pha thụ động, dẫn hướng các bọt khí ra khỏi điện cực và thu thập chúng tại các điểm được chỉ định. Phương pháp này loại bỏ nhu cầu về các bộ phận cơ khí phức tạp như máy ly tâm và máy bơm, dẫn đến một hệ thống hỗ trợ sự sống nhẹ hơn, đơn giản hơn và bền vững hơn cho các nhiệm vụ không gian sâu.
Nghiên cứu, được công bố trên tạp chí Nature Chemistry vào ngày 18 tháng 8 năm 2025, nhấn mạnh hai tương tác từ tính chính: nghịch từ và từ thủy động lực học. Nghịch từ khiến nước bị đẩy bởi từ trường, hướng các bọt khí về các điểm thu gom. Từ thủy động lực học phát sinh từ sự tương tác giữa từ trường và dòng điện do quá trình điện phân tạo ra, tạo ra chuyển động xoáy trong chất lỏng, tách các bọt khí khỏi nước thông qua các hiệu ứng đối lưu. Những tác động kết hợp này giúp tăng cường sự tách và di chuyển của bọt khí, cải thiện hiệu quả tổng thể của các tế bào điện hóa lên tới 240%.
Để xác thực hệ thống của mình, các nhà nghiên cứu đã tiến hành các thí nghiệm tại Tháp Thả ZARM ở Bremen, Đức, nơi mô phỏng các điều kiện vi trọng lực. Kết quả xác nhận rằng lực từ có thể kiểm soát hiệu quả dòng chảy của bọt khí trong vi trọng lực, đánh dấu một bước tiến đáng kể trong cơ học chất lỏng trọng lực thấp và cho phép các kiến trúc bay vào không gian trong tương lai. Các chuyên gia trong lĩnh vực này nhận định rằng việc sử dụng nam châm thay vì các thiết bị cơ khí cồng kềnh và tốn năng lượng là một bước đi mang tính cách mạng, giúp giảm đáng kể khối lượng và độ phức tạp của hệ thống hỗ trợ sự sống, một yếu tố then chốt cho các sứ mệnh khám phá không gian dài hạn.
Đột phá này mang lại một con đường đầy hứa hẹn để phát triển các hệ thống hỗ trợ sự sống đơn giản hơn, hiệu quả về chi phí và bền vững hơn cho các nhiệm vụ không gian sâu. Nhóm nghiên cứu có kế hoạch xác thực thêm phương pháp của họ thông qua các chuyến bay tên lửa dưới quỹ đạo, nhằm mục đích chứng minh hiệu quả của nó trong các điều kiện vi trọng lực kéo dài. Bằng cách khai thác các tương tác từ tính, cách tiếp cận sáng tạo này giải quyết một thách thức quan trọng trong khám phá không gian, mở đường cho các hệ thống sản xuất oxy hiệu quả và đáng tin cậy hơn, vốn cần thiết cho sự thành công của các nhiệm vụ không gian sâu trong tương lai.