В космосе у астронавтов есть три ключевые задачи: получать воду и еду, утилизировать отходы и обеспечивать воздух для дыхания. На МКС с этим помогает регулярная доставка грузов с Земли, но для дальних экспедиций такой вариант невозможен — все придется производить прямо на борту.
Сегодня кислород добывают электролизом воды: молекулы разделяют на кислород и водород, а затем газ извлекают из жидкости. На Земле это просто, в невесомости — нет. Пузырьки не всплывают, а прилипают к электродам, из-за чего приходится использовать сложные центрифуги и насосы. Такие установки слишком тяжелые и ненадежные для полетов на Луну или Марс.
Международная команда исследователей предложила альтернативу — магнитное фазовое разделение. Пузырьки газа можно направлять и собирать с помощью магнитных полей, без движущихся деталей и лишних энергозатрат. Для проверки идеи ученые использовали постоянные магниты и провели эксперименты в башне ZARM Drop Tower в Бремене, где создаются условия микрогравитации. Магнитные силы улучшили отделение пузырьков и повысили эффективность электрохимических ячеек до 240%. Так удалось создать систему пассивного разделения фаз, которая сама собирает кислород и водород в заданных точках. Статья с результатами опубликована в журнале Nature Chemistry.
Ключевым оказалось сочетание двух явлений — диамагнетизма и магнитогидродинамики. Первое заставляет воду реагировать на магнитное поле и направлять пузырьки к коллекторам, второе создает вихревые потоки, которые помогают газу отделяться. Это работает как центрифуга, только без механики.
Новая технология компактнее, легче и надежнее существующих систем. В будущем она может стать основой жизнеобеспечения на кораблях и станциях дальнего космоса.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что астронавты начали заниматься земледелием на орбите.
