چگونه میتوانیم حضور طولانیمدت انسان در ماه یا مریخ را تضمین کنیم؟ بخش مهمی از این پازل، یادگیری استفاده از منابع محلی است، مفهومی که دانشمندان آن را «بهرهبرداری از منابع درجا» (ISRU) مینامند. یکی از ارکان اصلی این رویکرد، تولید اکسیژن قابل تنفس و سوخت موشک در فاصلهای دور از زمین است. اینجاست که یک فناوری شگفتانگیز به نام الکترولیز وارد میدان میشود و محققان برای بهینهسازی آن برای محیطهای فرازمینی، از پروازهای سهموی (پارابولیک) استفاده میکنند.
مؤسسه تحقیقاتی جنوب غربی (SwRI) و دانشگاه تگزاس در سن آنتونیو (UTSA) کمکهزینهای ۵۰۰ هزار دلاری از برنامه جایزه TechLeap ناسا برای پیشبرد همین هدف دریافت کردهاند. پروژه آنها با نام «رآکتور اتمسفری مریخ برای سنتز مواد مصرفی» (MARS-C)، قصد دارد یک الکترولایزر آزمایشی را که برای شرایط منحصربهفرد ماه و مریخ طراحی شده است، مورد آزمایش قرار دهد.
الکترولایزرها با عبور جریان الکتریسیته از آب (H₂O)، آن را به اجزای اصلی خود یعنی اکسیژن قابل تنفس (O₂) و هیدروژن (H₂) تجزیه میکنند. در ایستگاه فضایی بینالمللی (ISS)، این فناوری در حال حاضر حیاتی است و اکسیژن فضانوردان را تأمین میکند، در حالی که هیدروژن به فضا تخلیه میشود. برای پایگاههای آینده در ماه و مریخ، این فناوری نه تنها هوا را فراهم میکند، بلکه منبعی از هیدروژن، یک پیشرانه قدرتمند موشک برای سفرهای بازگشت، نیز خواهد بود که به طور چشمگیری نیاز به مأموریتهای پرهزینه تأمین منابع از زمین را کاهش میدهد.
با این حال، یک چالش به بزرگی گرانش وجود دارد. روی زمین، حبابهای گاز تولید شده طی فرآیند الکترولیز (اکسیژن و هیدروژن) به دلیل شناوری به راحتی از مایع جدا میشوند. اما در گرانش جزئی ماه (یکششم زمین) یا مریخ (یکسوم زمین)، این فرآیند بسیار ناکارآمدتر است. کوین سوپاک، مدیر برنامه در SwRI توضیح داد: «در یک محیط با گرانش جزئی… کاهش اثر شناوری بر حبابهای گاز در یک الکترولایزر، چالشهایی را ایجاد میکند که روی زمین وجود ندارند. ما درک درستی از فرآیندهای شیمیایی که از هستهزایی حباب در گرانش کم بهره میبرند، نداریم و این همان شکافی است که قصد داریم پر کنیم.»
برای پر کردن این شکاف دانش، تیم تحقیقاتی از پروازهای سهموی استفاده خواهد کرد. این هواپیماها در یک سری قوسهای تند پرواز میکنند و در اوج هر منحنی، حدود ۲۰ ثانیه بیوزنی یا گرانش جزئی شبیهسازیشده ایجاد میکنند. با انجام ۱۵ تا ۲۰ سهمی در هر پرواز، محققان میتوانند دادههای منسجمی در مورد عملکرد الکترولایزر خود در محیطهایی که ماه و مریخ را شبیهسازی میکنند، جمعآوری کنند. این تحقیق بر اساس کار مشابهی است که در سال ۲۰۲۴ توسط SwRI انجام شد و به بررسی چگونگی جوشیدن مایعات در گرانش کاهشیافته میپرداخت.
همانطور که کوین سوپاک به شیوایی بیان کرد: «کاوش در فضا، پیشرفتهای فناورانهای را تسریع میکند که مزایای گستردهای در زندگی روزمره ما دارند… ایجاد حضور دائمی در دیگر اجرام سیارهای میتواند راه را برای اکتشافات علمی بیسابقه و پیشرفتهای تکنولوژیکی هموار کند.» این پروژه گامی حیاتی به سوی آن آینده است و تضمین میکند که وقتی انسانها به ماه بازگردند و به سوی مریخ گام بردارند، ابزارهای لازم برای تنفس و تأمین سوخت سفر بازگشت خود را در اختیار خواهند داشت.
منبع: eurekalert.org