В недавно опубликованном исследовании в журнале Nature Chemistry группа учёных показала, что использование простых неодимовых магнитов может улучшить выработку кислорода методом электролиза в условиях невесомости, пишет интернет-издание Prokosmos.ru. В идеальных условиях при использовании магнитов выработка кислорода может быть увеличена до 2,5 раз.
Как добывается кислород на МКС?
В российском и американском сегментах МКС используются похожие установки выработки кислорода — “Электрон-ВМ” и OGS (Oxygen Generation System). Обе системы работают за счёт разделения воды на водород и кислород методом электролиза.
Вода является основным ресурсом на МКС, необходимым для приготовления пищи и выработки кислорода. Запасы воды пополняются транспортными грузовыми кораблями, а также применяются системы регенерации воды из конденсата и урины (СРВ-К, СРВ-У). На сегодняшний день на станции работают две установки “Электрон-ВМ” суммарной производительностью до 320 литров кислорода в час. Американская система OGS имеет соизмеримую производительность в 290 литров кислорода в час.
Обе установки не работают на полную мощность, вырабатывая достаточное количество кислорода для нормальной жизнедеятельности экипажа.
Что показало исследование?
В условиях космической невесомости установки “Электрон-ВМ” и OGS вырабатывают примерно в три раза меньше кислорода при той же электрической мощности, чем на Земле. Пузырьки газов в невесомости не всплывают и могут “прилипать” к электродам и другим поверхностям ёмкости, в которой происходит процесс электролиза. Для разделения газов от жидкости в “Электронах” и OGS используются специальные газожидкостные сепараторы разных принципов действия с двойным резервированием.
Исследование показало, что использование в конструкции “невесомых” электролизных генераторов кислорода неодимовых магнитов позволит отказаться от использования подобных сепараторов, уменьшая энергопотребление всей установки, и, тем самым, повышая удельное производство кислорода на единицу используемой электроэнергии.
Разделение ионов водорода и кислорода в статье рассматривается двумя разными методами — за счёт “магнитной плавучести” — слабого отталкивания воды от магнитов и направления газов в точки сбора за счёт этого отталкивания и “магнитодинамических завихрений” — использования взаимодействия магнитных полей постоянного магнита и электрического поля от электродов для создания завихрений газов в рабочем объёме и последующего разделения газов.
Две экспериментальные установки, разработанные учёными, пригодны к использованию в условиях невесомости и, согласно полученным данным, способны повысить выработку кислорода на 240% при той же электрической мощности.
Что это нам даёт?
Сейчас на Международной космической станции, несмотря на её большой объём, нет необходимости в производстве даже того количества кислорода, которое способны произвести существующие на станции системы. К примеру, из двух “Электронов-ВМ” в Российском сегменте эксплуатируется активно только один.
Использование установок, подобных созданным учёными в исследовании, позволит создать компактные и высокопроизводительные генераторы кислорода за счёт отсутствия в них массивных газожидкостных сепараторов, потребляющих энергию. Подобные установки могут пригодиться на межпланетных космических кораблях, или же при кратном повышении количества космонавтов на станции. Системы жизнеобеспечения космических аппаратов сложны, и любое увеличение мощности позволит кратно повысить их ресурс.
Установки при своей кажущейся простоте за счёт наличия в конструкции постоянных магнитов потребуют внесения в системы космических аппаратов конструктивных изменений. Несмотря на это, само решение я нахожу очень интересным и перспективным.