Вода обладает магнитными свойствами - это свойство может помочь астронавтам дышать немного легче.
Международная космическая станция производит свой собственный кислород посредством электролиза, энергоемкого процесса. НАСА
Люди склонны воспринимать многое как должное, даже такие простые вещи, как глоток свежего воздуха. Легко забыть, насколько наши тела зависят от кислорода, пока он не станет бесценным ресурсом, например, на борту Международной космической станции.
Хотя астронавтов обычно отправляют в космос с запасами необходимых материалов, было бы слишком дорого продолжать отправлять на станцию баллоны с пригодным для дыхания воздухом. Вместо этого кислород, на который астронавты полагаются для основного жизнеобеспечения, создается с помощью процесса, называемого электролизом, при котором электричество используется для разделения воды на газообразный водород и газообразный кислород. На Земле аналогичный процесс происходит естественным образом посредством фотосинтеза, когда растения используют водород для производства сахара для пищи и выделяют кислород в атмосферу.
Тем не менее, поскольку система на МКС требует огромного количества энергии и обслуживания, ученые ищут альтернативные способы устойчивого создания воздуха в космосе. Одно такое решение было недавно опубликовано в NPJ Microgravity, в котором исследователи нашли способ вытягивать газы из жидкостей с помощью магнитов.
«Немногие люди [осведомлены] о том, что вода и другие жидкости также в некоторой степени обладают магнитными свойствами», - говорит Альваро Ромеро-Кальво, в настоящее время доцент Школы аэрокосмической инженерии им. Гуггенхайма в Технологическом институте Джорджии и руководитель автор исследования.
«Физический принцип довольно хорошо известен в физическом сообществе, [но] применение в космосе на данный момент почти не изучено», - говорит он.«Когда космический инженер проектирует космическую систему с использованием жидкостей, он даже не рассматривает возможность использования магнитов для создания фазового разделения».
В Центре прикладных космических технологий и микрогравитации (ZARM) Университета Бреннана в Германии команда Ромеро-Кальво смогла изучить явление «магнитно-индуцированной плавучести». Идею легче объяснить, представив банку с газировкой: на Земле, поскольку жидкость плотнее молекул углекислого газа, пузырьки газировки отделяются и всплывают на поверхность напитка под действием гравитации планеты. В космосе, где микрогравитация создает непрерывное свободное падение и устраняет эффект плавучести, вещества внутри становится труднее разделить, и эти пузырьки просто остаются подвешенными в воздухе.
Чтобы проверить, могут ли магниты изменить ситуацию, команда провела свои исследования в падающей башне ZARM, где эксперимент, помещенный в герметичную падающую капсулу, может достичь невесомости на несколько секунд. Вводя пузырьки воздуха в шприцы, наполненные различными жидкостями-носителями, команда смогла использовать силу магнетизма для успешного отделения пузырьков газа в условиях микрогравитации. Это доказало, что пузырьки могут как притягиваться, так и отталкиваться неодимовым магнитом изнутри различных веществ.
Кроме того, исследователи обнаружили, что благодаря магнитным свойствам различных водных растворов (таких как очищенная вода и оливковое масло), которые они тестировали, можно направлять пузырьки воздуха в разные места внутри жидкости. По сути, стало бы проще собирать или направлять воздух через сосуд. По словам Ромеро-Кальво, результаты исследования показывают, что помимо того, что они используются для создания достаточного количества кислорода для экипажа, разработка магнитных фазовых сепараторов в условиях микрогравитации может привести к созданию более надежных и легких космических систем, таких как более совершенные устройства управления топливом или технологии переработки сточных вод.
Чтобы продемонстрировать потенциальное использование магнитов в исследовательских целях, команда также экспериментировала с лизогенным бульоном, средой, используемой для выращивания бактерий для экспериментов МКС. Как оказалось, и на бульон, и на оливковое масло «значительно повлияла» приложенная к нему магнитная сила. «Каждое усилие, которое мы тратим на решение этой проблемы, потрачено не зря, потому что оно повлияет на многие другие продукты в космосе», - говорит Ромеро-Кальво.
Если следующее поколение космических инженеров решит применить магниты к будущим космическим станциям, новый метод может создать более эффективную, пригодную для дыхания атмосферу для поддержки путешествий человека в другие внеземные среды, включая Луну и особенно на Марс.. Если бы мы планировали человеческую миссию на Красную планету, нынешняя система оксигенации МКС была бы слишком сложной, чтобы быть полностью надежной во время долгого путешествия. Упрощение с помощью магнитов снизит общую стоимость миссии и обеспечит изобилие кислорода.
Хотя Ромеро-Кальво говорит, что их открытие может в конечном итоге помочь нам приземлиться на Марсе, другие ученые работают над способами производства кислорода с использованием плазмы - состояния вещества, которое содержит свободные заряженные частицы, такие как электроны, которые легко возбуждаются мощными импульсами. электрические поля - для топлива, удобрений и других материалов, которые могли бы помочь колонизировать планету. И хотя пока ни один из проектов не соответствует масштабу, эти появляющиеся достижения представляют удивительные подвиги, на которые способны люди, поскольку мы продолжаем двигаться вперед, стремясь выйти за пределы привычных горизонтов.