С планированием длительных миссий на Луну и Марс перед человечеством все острее встает вопрос об обеспечении космонавтов кислородом для дыхания. Сейчас поддерживать дыхание людей на борту космических станций — сложный и дорогостоящий процесс, поэтому для будущих путешествий в космической бездне потребуются более совершенные технологии.
Международная космическая станция (МКС) — один из самых масштабных и дорогостоящих проектов в истории человечества. Вот уже почти четверть века она обращается вокруг нашей планеты, и все это время ученым и техникам приходится решать множество проблем, чтобы поддерживать жизнь и здоровье людей, находящихся внутри.
За сутки экипаж МКС потребляет от 2,5 до девяти килограммов кислорода — жизненно важного газа, необходимого для человеческого дыхания. Сегодня основной способ его выработки в космосе — электролиз воды: под воздействием электрического тока молекула воды распадается на составляющие ее кислород и водород.
Процесс получается недешевый: мало того что на электролиз тратится драгоценное электричество, так есть еще проблема эффективного разделения фаз (жидкой, водяной и газовой), которая стоит перед человечеством со времен первых полетов в космос в 1960-х годах.
Чтобы представить, в чем она заключается, представьте стакан газировки. На Земле пузырьки углекислого газа всплывают вверх и покидают стакан, но на борту МКС, в микрогравитационных условиях, пузырьки останутся взвешенными в жидкости.
Сейчас, чтобы выделить пузырьки кислорода из водяной «газировки», на МКС используют массивные центрифуги, занимающие много места и требующие больших затрат энергии: использовать их, отправляясь в дальний космический полет, да еще в противоположную сторону от Солнца, — рисковать остаться без электричества вообще.
Но теперь, похоже, международный коллектив ученых из США и Германии нащупал возможный способ решения этой технологической загвоздки. Они разработали способ эффективного разделения жидкой и газовой фаз в условиях микрогравитации с помощью магнитов.
В Германии на специальной установке, называемой Бременской микрогравитационной башней, ученые провели эксперимент в условиях, имитирующих околоземную микрогравитацию. Оказалось, что пузырьки газа могут «притягиваться» и «отталкиваться» от неодимового магнита, если погружать его в разные по составу растворы (например, чистую воду или раствор сульфата марганца).
В будущем подобная технология может быть использована для разработки новых кислородных систем и обеспечения водородным топливом двигателей кораблей, которые унесут первых людей в дальние космические полеты. Найдется применение таким магнитам и на Земле, например, для очистки сточных вод или загрязненного воздуха.
Исследование опубликовано в журнале npj Microgravity.