Для планируемых длительных миссий на Луну и Марс всё более актуальным становится вопрос обеспечения космонавтов кислородом. Поддержание дыхания людей на борту космических станций в настоящее время представляет собой сложную и дорогостоящую задачу, поэтому для будущих путешествий в дальнем космосе необходимы более эффективные технологии.
Международная космическая станция (МКС) — это один из крупнейших и наиболее затратных проектов в истории человечества. Почти четверть века она находится на орбите нашей планеты, и на протяжении всего этого времени ученые и инженеры сталкиваются с множеством задач для обеспечения жизнеобеспечения и здоровья людей на борту.
Ежедневно экипаж Международной космической станции расходует от 2,5 до 20 килограммов кислорода, газа, критически важного для поддержания жизни человека. В настоящее время наиболее распространенным методом получения кислорода на борту космической станции является — электролиз воды: под воздействием электрического тока молекула воды распадается на составляющие ее кислород и водород.
Электролиз – не экономичный процесс, поскольку он требует значительных затрат электроэнергии. Кроме того, существует давняя проблема эффективного разделения фаз – жидкой, водяной и газовой – которая стоит перед учеными с 1960-х годов, со времен первых космических полетов.
Чтобы понять суть явления, представьте стакан газировки. На Земле пузырьки углекислого газа поднимаются вверх и выходят из стакана, но на борту МКС, в микрогравитационных условиях, пузырьки останутся взвешенными в жидкости.
Для извлечения кислорода из воды на МКС применяются громоздкие центрифуги, которые занимают значительный объем и потребляют много энергии. Использование таких устройств в длительных космических миссиях, особенно при удалении от Солнца, сопряжено с риском полного прекращения электроснабжения.
Международная группа ученых из США и Германии, похоже, нашла потенциальное решение этой технологической проблемы. Они создали метод разделения жидкой и газовой фаз в условиях микрогравитации, используя магниты.
В Германии на специальной установке, называемой Бременской микрогравитационной башней, в ходе исследования, проведенного учеными в условиях, воспроизводящих околоземную микрогравитацию, было установлено, что пузырьки газа способны проявлять как притягивающее, так и отталкивающее взаимодействие неодимового магнита, в зависимости от состава среды, в которую он помещается (например, чистой воды или раствора сульфата марганца), его свойства могут изменяться).
В перспективе данная технология может найти применение в создании инновационных кислородных систем и в обеспечении водородным топливом двигателей кораблей, предназначенных для осуществления пилотируемых полетов в дальний космос. Также ожидается использование магнитов и на Земле, в частности, для очистки сточных вод или удаления загрязнений из атмосферного воздуха.
Исследование опубликовано в журнале npj Microgravity.