آیا تا به حال فکر کردهاید که فضانوردان در ایستگاه فضایی بینالمللی (ISS) چگونه نفس میکشند؟ برای دههها، یکی از چالشهای اصلی پروازهای فضایی انسان، تولید اکسیژن به روشی کارآمد و قابل اعتماد بوده است. در حالی که ایستگاه فضایی میتواند به طور منظم از طریق مأموریتهای تدارکاتی، منابع خود را تأمین کند، در مورد سفرهای طولانی به مریخ یا فراتر از آن چه باید کرد؟
در حال حاضر، ایستگاه فضایی از فرآیندی به نام الکترولیز برای تجزیه آب به هیدروژن و اکسیژن استفاده میکند. اما در شرایط ریزگرانش فضا، حبابهای گاز تولید شده مانند روی زمین به سمت بالا حرکت نمیکنند. آنها به تجهیزات میچسبند و جداسازی را دشوار میسازند. راهحل فعلی در ایستگاه فضایی، «مجموعه تولید اکسیژن» (OGA) است؛ سیستمی سنگین و پیچیده که از یک سانتریفیوژ چرخان برای جداسازی حبابها استفاده میکند. این سیستم انرژی زیادی مصرف میکند و برای مأموریتهای اعماق فضا که هر گرم از جرم و هر وات از انرژی اهمیت حیاتی دارد، ایدهآل نیست.
اما اکنون، یک مطالعهی پیشگامانه راهحلی بسیار سادهتر و هوشمندانهتر را پیشنهاد میکند: آهنربا. یک تیم بینالمللی از محققان روشی جدید به نام «جداسازی فاز مغناطیسی» را توسعه دادهاند که میتواند سیستمهای پشتیبانی حیات را برای فضانوردان آینده متحول کند.
این تیم به رهبری آلوارو رومرو-کالوو از مؤسسه فناوری جورجیا، دو اصل مغناطیسی را بررسی کردند. ابتدا، از خاصیت دیامغناطیس استفاده کردند؛ یعنی این واقعیت که آب به طور جزئی توسط میدانهای مغناطیسی دفع میشود. در شرایط ریزگرانش، این نیروی ظریف برای هدایت حبابهای گاز به سمت نقاط جمعآوری کافی است. دوم، آنها از مگنتوهیدرودینامیک بهره بردند. این فرآیند از تعامل طبیعی بین میدانهای مغناطیسی و جریانهای الکتریکی حاصل از الکترولیز برای ایجاد یک حرکت چرخشی ملایم در آب استفاده میکند و به طور مؤثر یک «سانتریفیوژ مغناطیسی» بدون هیچ قطعه متحرکی ایجاد میکند!
نتایج این تحقیق که در یک برج سقوط ۱۴۶ متری برای شبیهسازی ریزگرانش آزمایش شده، شگفتانگیز است. این تیم نشان داد که سیستم غیرفعال آنها با استفاده از آهنرباهای دائمی ساده، میتواند حبابهای گاز را بدون نیاز به سانتریفیوژهای سنگین یا انرژی اضافی جدا کند. در واقع، آزمایشهای آنها نشان داد که نیروهای مغناطیسی میتوانند کارایی سلولهای تولیدکننده اکسیژن را تا ۲۴۰ درصد افزایش دهند!
کاترینا برینکرت، یکی از نویسندگان این مقاله، توضیح داد: «ما توانستیم ثابت کنیم که برای جداسازی هیدروژن و اکسیژن تولید شده از الکترولیت مایع، نیازی به سانتریفیوژ یا هیچ قطعه متحرک مکانیکی نداریم. این یک سیستم کاملاً غیرفعال و با نیاز به نگهداری کم است.»
این نوآوری میتواند به ساخت سیستمهای پشتیبانی حیات سبکتر، سادهتر، قابل اعتمادتر و پایدارتر منجر شود و راه را برای مأموریتهای طولانیمدت به ماه، مریخ و فراتر از آن هموار کند. قدم بعدی این تیم، آزمایش فناوری خود در مدار واقعی زمین است تا ما را یک گام دیگر به آیندهای نزدیکتر کند که در آن انسانها میتوانند به طور پایدار کیهان را کاوش کنند.
اطلاعات بیشتر از مقاله اصلی منتشر شده در Nature Chemistry.
منبع: Universe Today