Ett potentiellt bättre sätt att framställa syre till astronauter i rymden med hjälp av magnetism har nu föreslagits av ett
internationellt team av forskare och en kemist vid University of Warwick.
Slutsatsen från denna forskning som behandlar magnetisk
fasseparation i mikrogravitation publicerades nyligen till Natures anknutna
tidskrift NPJ Microgravity av forskare från University of Warwick i
Storbritannien, University of Colorado Boulder och Freie Universität Berlin i
Tyskland.
Att ansvara för att astronauter har syre att andas
ombord på den internationella rymdstationen ISS och andra rymdfarkoster är en
komplicerad och kostsam process. När människor planerar framtida uppdrag till
månen eller Mars kommer bättre teknik att behövas än dagens.
Huvudförfattaren till studien Álvaro Romero-Calvo
vilken nyligen avlagt en doktorsexamen vid University of Colorado Boulder, säger
följande: "På den internationella rymdstationen genereras syre med hjälp
av en elektrolytisk cell som delar upp vatten i väte och syre och skiljer ut
dessa gaser ur vattnet för att använda syret att andas med. I en relativt ny
analys av en forskare vid NASA drogs slutsatsen att samma arkitektur under en
resa till Mars skulle innebära en betydande fraktmassa och tillförlitlighet av
systemet för att det skulle vara meningsfullt att tänka sig som användning.
Dr Katharina Brinkert vid University of Warwick
Institutionen för kemi och Center for Applied Space Technology and Microgravity
(ZARM) i Tyskland säger följande: "Effektiv fasseparation i reducerade
gravitationsmiljöer är ett hinder för framtida mänsklig rymdutforskning och ett
problem känt sedan de första rymdfärderna på 1960-talet. Detta fenomen är en
särskild utmaning för det livsuppehållande systemet ombord på rymdfarkoster och
den internationella rymdstationen (ISS) eftersom syre för besättningen
produceras i vattenelektrolys system och kräver separation med elektrod och
flytande elektrolyt. Flytkraft är ett problem i tyngdlöshet.
Om man tänker sig ett glas kolsyrad läsk. På jorden
innebär det att bubblorna av CO2 snabbt stiger upp i vätskan och avdunstar. Men i ett
tyngdlöst tillstånd är dessa bubblor istället upphängda i vätskan.
NASA använder för närvarande centrifuger för att tvinga ut gaserna på ISS men centrifugerna är stora och kräver betydande massa, kraft och underhåll (vilket innebär att systemet är svårt att använda under en resa till Mars där service och vikt på farkost har betydelse). Teamet som forskar om andra metoder har genomfört experiment som visar att magneter i vissa fall kan uppnå samma resultat.
Även om diamagnetiska krafter är välkända och förstådda, har deras användning av ingenjörer i rymdapplikationer inte utforskats fullt ut eftersom tyngdkraften gör tekniken svår att demonstrera på jorden.
På Center for
Applied Space Technology and Microgravity (ZARM) i Tyskland leder Brinkert en pågående forskning finansierad av German Aerospace Center (DLR) ett team som gör framgångsrika experimentella tester vid en speciell dropptornsanläggning där
man simulerar mikrogravitationsförhållanden.
Här har grupperna utvecklat ett förfarande för att få
loss gasbubblor från elektrodytor i mikrogravitationsmiljöer som genereras under
9,2 sekunder vid Bremen Drop Tower. Studien om detta visar för första gången
att gasbubblor kan "lockas till" och "avvisas från" en
enkel neodymmagnet i mikrogravitation genom att nedsänka magneten i olika typer
av vattenlösning.
Forskningen kan därför öppna nya vägar för forskare
och ingenjörer som utvecklar nya syresystem såväl som annan rymdforskning och som
involverar förändringar av vätska till gas.
Dr Brinkert sade: "Dessa effekter har enorma
möjligheter i den fortsatta utvecklingen av fasseparationssystem såsom för
långsiktiga rymduppdrag vilket tyder på att effektiv syre- och till exempel
väteproduktion i vatten (foto-) elektrolyssystem kan uppnås även i en ”nästan”
frånvaro av flytkraft."
Professor Hanspeter Schaub vid University of
Colorado Boulder tillade: "Efter år av analytisk och beräkningsforskning
gavs möjligheten att använda detta fantastiska dropptorn i Tyskland ett konkret
bevis på att detta koncept kommer att fungera i tyngdlöshet."
Självfallet måste syretillförseln lösas så det inte sker syrebrist på framtida marsresor. Innan dess kan ingen människa resa till Mars (min anm.). En syreproduktion som inte innebär stora tunga instrument och även tillförlitligheten måste finnas.
Bild vikipedia på rymdstationen ISS i september 2009
fotograferad av STS-128. STS-128 var namnet på en rymdfärd i USA:s rymdfärjeprogram
med rymdfärjan Discovery.