Магнити позволяват ефективно производство на кислород в Космоса

Вече повече от шестдесет години инженерите се борят с един от ключовите проблеми на пилотираната космонавтика: как ефективно и надеждно да се произвежда кислород за дишане.

Международен екип от учени изглежда е намерил просто и елегантно решение на тази задача.

Те предлагат използването на обикновени магнити за усъвършенстване на животоподдържащите системи на космическите станции и кораби.

Проблемът с производството на кислород в Космоса се крие в безтегловността.

На Земята кислород се получава чрез електролиза, при която електрически ток преминава през вода и я разгражда на водород и кислород.

Мехурчетата от тези газове просто изплуват на повърхността.

В Космоса обаче, поради липсата на гравитация, мехурчетата не изплуват.

Те остават във водата и полепват по електродите, което възпрепятства процеса.

За да се справят с това, на МКС се използват сложни и големи системи, като руската „Електрон-ВМ“ и американската OGS.

Те работят с помощта на центрофуги, които отделят газа от течността.

Тези инсталации са тежки, заемат много място и консумират огромно количество енергия. Около една трета от всички животоподдържащи системи на станцията.

За бъдещи дълги експедиции, например до Марс, такъв подход не е подходящ.

В Космоса всеки килограм и всеки ват енергия са от значение.

Новото решение, предложено от учени от Уорикския университет, Бременския център за приложни космически технологии и микрогравитация (ZARM) и Технологичния институт на Джорджия, позволява да се откажем от сложните механизми.

„За разделянето на водород и кислород при разграждането на вода в Космоса не са необходими сложни центрофуги или други механични устройства. Дори не е нужно да изразходваме допълнителна енергия за това. Това е напълно пасивна система, която не изисква специална поддръжка.“, казва проф. Катарина Бринкерт от ZARM.

Изследователите са установили, че обикновени неодимови магнити, вградени в инсталацията за електролиза, повишават нейната ефективност с цели 240%.

Това означава,че кислородът се произвежда почти толкова ефективно, колкото на Земята.

Това работи по два начина едновременно.

Първият използва естественото свойство на водата слабо да се отблъсква от магнити. Газовите мехурчета почти не реагират на магнитното поле.

В резултат на това възниква ефект на магнитна плаваемост, който внимателно отблъсква мехурчетата от електродите и ги насочва към нужното място за събиране.

Вторият начин се основава на магнитохидродинамични сили.

Това явление възниква, когато магнитното поле взаимодейства с електрическия ток, който вече се използва за електролиза. Взаимодействието завихря течността, създавайки в нея малки вихри.

Тези вихри, подобно на миниатюрни центрофуги, отделят газа от водата, но го правят без нито една движеща се част.

Тази идея се ражда в резултат на четиригодишна съвместна работа.

Аспирантът от Технологичния институт на Джорджия Алваро Ромеро-Калво още през 2022 г. предлага използването на магнити и извършва всички необходими изчисления. След това екипът на Катарина Бринкерт разработва и създава експерименталните устройства.

За да проверят теорията, учените провеждат серия от опити в специалната инсталация на ZARM, наречена „Бременската падаща кула“.

Тази кула позволява за кратко време да се създадат условия, много близки до безтегловност. Експериментите напълно потвърждават изчисленията.

Омер Акай, научен сътрудник в ZARM, отбелязва, че разработените от тях клетки позволяват производството на водород и кислород в безтегловност с ефективност, близка до земната.

Технологията не само решава стар инженерен проблем, но и отваря пътя към създаването на по-леки, надеждни и евтини животоподдържащи системи за усвояване на далечния Космос.

Следващата стъпка на екипа е да тества системата в условията на реален полет на суборбитални ракети.

Резултатите от изследването могат да бъдат намерени в списание Nature Chemistry.