Британские ученые определили, каким образом пониженная гравитация на Луне и Марсе скажется на результативности электролиза для получения кислорода. Полученные данные помогут усовершенствовать системы жизнеобеспечения при разработке пилотируемых космических миссий, предназначенных для других планет и спутников.
Надежный источник кислорода критически важен для создания обитаемых внеземных поселений. Он потребуется как для поддержания жизни астронавтов, так и для производства топлива, необходимого для работы ракетных двигателей, таких как Starship, разрабатываемый Илоном Маском. Электролиз является одним из наиболее перспективных способов получения кислорода на Луне и Марсе из водного льда, запасы которого обнаружены на поверхности этих планет.
Процесс получения кислорода с помощью электролиза выглядит достаточно прямолинейным: электрический ток пропускается через электролит (например, водный лед, добытый на Луне или Марсе), что приводит к реакциям на электродах и высвобождению кислорода и водорода. Однако ключевым фактором является поведение пузырьков кислорода, формирующихся на электродах, поскольку оно существенно влияет на электрохимическую эффективность всего процесса.
При слабой гравитации газовые пузырьки потенциально могут удерживаться на поверхности электрода дольше, формируя резистивный слой и уменьшая выход кислорода. Чтобы впервые проверить эту гипотезу экспериментальным путем, группа ученых из Университета Манчестера и Университета Глазго (Великобритания) провела исследование. В статье представлены результаты опубликована в журнале Nature Communications.
Ведущий инженер проекта Гюнтер Джаст ( Gunter Just) для создания различных уровней гравитации, имитирующих лунные и марсианские условия, была разработана и построена небольшая центрифуга. Она применялась в условиях микрогравитации во время параболического полета для исключения воздействия земной гравитации».
Исследование показало, что в условиях лунной гравитации электрохимическая ячейка будет генерировать на 11% меньше кислорода, а при гравитации Марса – на 6%. Однако, это снижение можно устранить, увеличив рабочий потенциал электродов, что повлечет за собой увеличение энергопотребления электролизера, изменив конструкцию или структуру электродов, либо организовав принудительную конвекцию внутри системы.
«По словам Джаста, дополнительная мощность, которая необходима, оказалась относительно небольшой и составила примерно 1%. Он уточнил, что эти показатели относятся к небольшой экспериментальной камере, однако подчеркнул важность учета снижения эффективности в условиях низкой гравитации при расчете требуемой мощности или объема производимого кислорода для систем, предназначенных для работы на Луне или Марсе».