Сообщение о том, что китайские тайконавты впервые смогли синтезировать кислород и этилен на борту орбитальной станции "Таньгун" пять дней назад опубликовали многие агентства. Почему такой интерес к чисто технологическому процессу - давайте разбираться.
Китай серьезно нацелился на освоение Луны человеком. И это гораздо серьезней чем кажется. Во-первых, как многие знают, Китай (причем здесь Россия идет не как со-организатор, а как арендатор китайских тяжелых ракет для доставки российских грузов) планирует создать обитаемую базу на Южном полюсе Луны, где предполагаются большие залежи льда.
Менее известно, что Китай принял решение строить сразу ДВЕ обитаемые станции: первую на Южном полюсе, а вторую внутри лавовой трубы, под поверхностью Луны, на средних широтах, что гораздо выгодней, безопасней и надежней. В таком случае решается вопрос доставки воды на вторую базу не с Земли, а с полюса Луны, что будет дешевле.
Но, кроме воды для нормальной жизни людей, необходимы кислород для дыхания и горючее для ракет. При наличии воды и углекислого газа это можно получить при помощи растений. Но, при этом, сами растения при этом требуют воду, тепло и свет.
Китай пошел двумя разными путями для решения этой проблемы.
Первый путь - традиционный, при помощи растений
Еще в 2020 году китайские ученые ускорили фотосинтез зеленой водоросли Chlorella pyrenoidosa и высшего растения Arabidopsis thaliana с помощью светособирающего полимера. Полимер повышал их активность фотосинтетических систем за счет электростатического и гидрофобного связывания со стенками фотосинтезирующих клеток. Эффективность фотосинтеза увеличилась в 2,2 раза для водоросли и в полтора раза у арадобиса.
"В два раза, в полтора раза больше..." звучит весомо, но для использования этого метода в космосе - слишком затратно и малоэффективно. Поэтому ученые продолжили поиски улучшения "работы" растений. Ученые попытались выращивать растения в водной среде с водорастворимым полимером в различной концентрации. Им удалось подобрать такую концентрацию, что скорость роста растений увеличилась на 110% (для меня осталось загадкой - это на 10% больше или в 2,1 раза? Из статьи я не смог понять). У высших растений созревание ускорилось на неделю.
Это было в 2020 году.
А 21 января 2025 года (обратите внимание на эту дату) исследовательская группа под руководством доктора Хаотяня Бая из Института химии Китайской академии наук сообщила о новой системе электрохимического фотосинтеза на основе сопряженных полимеров и электрогенерированной хемилюминесценции (ECL). Эта система обеспечивает пространственно-временной контроль над фотосинтезом хлоропластов, ускоряя генерацию и перенос электронов в световых реакциях хлоропластов. Такая технология не требует внешних источников света. Авторы впервые сконструировали систему фотосинтеза ECL на основе Ru(bpy)₃²⁺.
Наконец, авторы успешно напечатали систему на 3D-принтере в гидрогель и продемонстрировали, что хлоропласты все еще могут выполнять фотосинтез в матрице гидрогеля. Источник
Здесь, конечно, много терминов, но мне кажется, заметно направление таких работ: использовать растения, повышая их эффективность и уменьшая количество света для выработки кислорода и этилена.
Второй путь - смоделировать фотосинтез при помощи химических методов.
О результатах такой технологии было объявлено 20 января 2025 года. То есть, команды идут "ноздря в ноздрю".
На орбитальной станции Китая были проведены эксперименты по технологии искусственного фотосинтеза, в невесомости, завершив на орбите проверку эффективных процессов преобразования углекислого газа и регенерации кислорода. В отличие от старых методов, этот процесс идет при нормальной температуре и давлении.
Газета уточнила, что специалисты провели 12 экспериментов внутри устройства в форме ящика, в котором превращали углекислый газ и воду в кислород при помощи полупроводниковых катализаторов. К тому же так производился этилен — углеводород, который может быть использован для изготовления топлива для космических кораблей.
А еще громадный плюс этой технологии, что можно использовать солнечную, электрическую или тепловую энергию в химическую, что значительно повышает эффективность методики.
Кроме того, путем модификации катализаторов реакции - можно выборочно производить различные продукты восстановления углекислого газа посредством искусственного фотосинтеза. Эти продукты могут включать метан или этилен, которые могут использоваться в качестве топлива, а также муравьиную кислоту, ключевое сырье для синтеза сахара. По данным CMSA, эта возможность имеет большое значение для долгосрочного внеземного выживания и будущего использования ресурсов на месте.
То есть, если китайцы не приукрашивают результаты этих исследований, то в дальних полетах можно значительно сократить объем запасов кислорода, еды и топлива. И, пока неизвестна его эффективность - насколько будет выгодно производить кислород и другое на орбите.
Для меня совершенно понятно, что полет куда-нибудь это не только ракеты, связь и тв-камеры, но и решение проблем как накормить экипаж, как обеспечить его психологическую совместимость. Каждый полет - это громадный труд многих людей.
С уважением,
хххх
Подвал