На борту китайской космической станции «Тяньгун» космонавты впервые получили кислород и ракетное топливо, используя искусственный фотосинтез. Устройство, в отличие от других аналогов, функционирует в естественных условиях и потребляет незначительное количество энергии. Этот технологический прорыв является частью комплекса экспериментов, направленных на обеспечение возможности длительных космических миссий.
С ноября 2022 года космическая станция «Тяньгун», расположенная на низкой околоземной орбите на высоте от 300 до 400 километров, уже осуществила передовые научные эксперименты. Планируется проведение ряда исследований, охватывающих области от физики до биомедицины и космической робототехники.
Эти эксперименты включают в себя изучение поведения жидкостей с ограниченной смешиваемостью в условиях микрогравитации, спектроскопию в ближнем ультрафиолетовом диапазоне для анализа туманностей и межзвездной среды, исследование воздействия микрогравитации и космической радиации на развитие раковых клеток, а также изучение процессов горения и поведения пламени в условиях микрогравитации. Недавно проведенное исследование, осуществленное в сотрудничестве с Японией, включало в себя первый в истории эксперимент по поджиганию спички в космосе.
Помимо научных исследований, эксперименты на борту «Тяньгун» служат для обеспечения возможности длительных космических перелетов и повышения независимости космонавтов. Так, недавний опыт позволил экипажу станции вырастить салат-латук и помидоры. Последний эксперимент направлен на создание кислорода и ракетного топлива в замкнутом объеме посредством искусственного фотосинтеза.
Универсальное устройство с низким энергопотреблением
Доставка кислорода для космических миссий сопряжена с высокими затратами и представляет собой сложную логистическую задачу. Для увеличения степени независимости космонавтов Китай в 2015 году приступил к исследованиям искусственного фотосинтеза в условиях космоса. Информация о созданном устройстве пока ограничена, однако, по сведениям местных источников, оно представляет собой систему контейнеров с полупроводниковыми катализаторами.
Экипаж миссии «Шэньчжоу-19», находящийся на борту космической станции, завершил проведение последнего из цикла из 12 экспериментов. В ходе исследования, с использованием реакции фотосинтеза, ученые преобразовали углекислый газ и воду в кислород и этилен. Полученный этилен, являясь углеводородом, имеет потенциал для применения в качестве ракетного топлива.
«Используя сложные физико-химические процессы, данная технология воспроизводит естественный фотосинтез, улавливая углекислый газ в замкнутых пространствах или в условиях внеземной атмосферы для получения кислорода и углеводородного топлива », — передает китайский общественный телеканал CCTV. « Данная работа призвана обеспечить техническую поддержку, необходимую для поддержания жизни человека и исследования космического пространства ».
Работающее в обычных условиях устройство существенно отличается от традиционных систем, которым требуются экстремальные температуры и давление. Как следствие, оно характеризуется низким энергопотреблением, значительно меньшим, чем у электролизера кислорода, используемого на Международной космической станции (МКС). Последний использует до трети мощности станции для производства кислорода из воды.
Уникальность этого устройства заключается в его способности к синтезу разнообразных соединений. Конструкция предусматривает возможность модернизации на орбите, что позволит проводить исследования различных катализаторов и реакций. Изменяя катализаторы, можно получать широкий спектр продуктов реакции, таких как этилен, метан (углеводород) и муравьиная кислота – предшественник для синтеза сахара, который также может применяться в качестве консерванта или антибактериального средства).
Китай сделал еще один шаг в направлении создания будущей лунной базы
Создание этого устройства представляет собой значительный прогресс в реализации долгосрочных космических программ Китая. В первую очередь, оно подтверждает возможность получения ресурсов, необходимых для работы космонавтов, непосредственно в космическом пространстве. Предполагается, что оно будет применяться на лунной базе, строительство которой запланировано Китаем к 2035 году в районе Южного полюса Луны.
Использование воды, добываемой на Луне, и углекислого газа, выделяемого при дыхании, позволило бы космонавтам создавать кислород и топливо для возвращения на Землю. Такая возможность существенно уменьшила бы затраты на доставку грузов и высвободила место для оборудования.
В прошлом году китайское космическое управление сообщило о намерении использовать роботов для создания миниатюрных атомных реакторов, предназначенных для обеспечения электроэнергией лунной базы. Помимо этого, страна планирует возвести Международную лунную исследовательскую станцию (ILRS), функционирование которой, скорее всего, потребует значительного числа людей. Несмотря на то, что НАСА испытывает задержки в реализации своих будущих лунных миссий, Китай планирует направить на Луну своих первых астронавтов уже к 2030 году.