تولید اکسیژن با آهنربا برای تنفس راحت فضانوردان

حفظ تنفس فضانوردان در ایستگاه فضایی بین‌المللی و سایر وسایل نقلیه فضایی، فرآیندی پیچیده و پرهزینه است و همین‌طور که انسان برای ارسال ماموریت‌های آینده به ماه یا مریخ برنامه‌ریزی می‌کند، فناوری بهتری در این حوزه مورد نیاز خواهد بود.

دکتر "آلوارو رومرو-کالوو" نویسنده اصلی این مطالعه از دانشگاه "کلرادو بولدر" می‌گوید: اکسیژن در ایستگاه فضایی بین‌المللی با استفاده از یک سلول الکترولیتی که آب را به هیدروژن و اکسیژن تجزیه می‌کند، تولید می‌شود، اما پس از آن باید آن گازها را از سیستم خارج کنید. این در حالی است که تجزیه و تحلیل جدید یک محقق از ناسا به این نتیجه رسید که استفاده از چنین سیستمی در سفر به مریخ به دلیل جرم زیاد و قابلیت اطمینان پایین، منطقی نیست.

دکتر "کاتارینا برینکرت" از گروه شیمی دانشگاه "وارویک" و مرکز فناوری کاربردی فضایی و ریزگرانش "زارم"(ZARM) در آلمان می‌گوید: جداسازی فاز کارآمد در محیط‌های ریزگرانش، مانعی برای اکتشاف فضایی انسان است و این مشکل از همان اولین پروازها به فضا در دهه ۱۹۶۰ میلادی شناخته شده است. این پدیده یک چالش خاص برای سیستم پشتیبانی حیات در فضاپیما و ایستگاه فضایی بین‌المللی است، زیرا اکسیژن برای خدمه در سیستم‌های الکترولیز آب تولید می‌شود و نیاز به جداسازی از الکترود و الکترولیت مایع دارد.

محققان می‌گویند، مسئله اصلی، موضوع شناوری است. یک لیوان نوشابه گازدار را تصور کنید. در زمین، حباب های کربن دی‌اکسید(CO۲) به سرعت به سمت بالا شناور می‌شوند، اما در غیاب گرانش، آن حباب‌ها جایی برای رفتن ندارند و در مایع معلق می‌مانند.

ناسا در حال حاضر از سانتریفیوژها برای بیرون راندن گازها استفاده می‌کند، اما این ماشین آلات، بزرگ هستند و به توان و نگهداری قابل توجهی نیاز دارند. در همین حال، این تیم آزمایش‌هایی انجام داده است که نشان می‌دهد آهنرباها می‌توانند در برخی موارد به نتایج مشابهی دست یابند.

اگرچه نیروهای دیامغناطیسی به خوبی شناخته و درک شده هستند، اما استفاده از آنها توسط مهندسان در کاربردهای فضایی به طور کامل مورد بررسی قرار نگرفته است، زیرا "گرانش" نمایش این فناوری را در زمین دشوار می‌کند. مواد دیامغناطیس، موادی هستند که در اثر اعمال یک میدان مغناطیسی خارجی در آن‌ها یک میدان مغناطیسی القایی در جهت مخالف ایجاد می‌شود و توسط میدان دفع می‌شوند.

اگر وارد مرکز فناوری کاربردی فضایی و ریزگرانش(ZARM) در آلمان شوید، در آنجا "برینکرت" را که تحقیقات مستمری را با بودجه مرکز هوافضای آلمان(DLR) انجام می‌دهد، در حال آزمایش در تأسیسات برج‌های قطره‌ای ویژه که شرایط ریزگرانش را شبیه‌سازی می‌کنند، خواهید دید.

محققان در این مرکز، روشی را برای جدا کردن حباب‌های گاز از سطوح الکترود در محیط‌های ریزگرانشی ایجاد شده به مدت ۹.۲ ثانیه در برج قطره‌ای ایجاد کرده‌اند.این مطالعه برای اولین بار نشان داد که حباب‌های گاز را می‌توان با غوطه‌ور کردن یک آهنربای نئودیمیم ساده در انواع مختلف محلول‌های آبدار در شرایط ریزگرانش، به آن جذب و از آن دفع کرد.

آهنربای نئودیمیم  که به آن آهنربای نئو نیز می‌گویند، یک آهنربای دائمی است که از آلیاژ نئودیمیم،  آهن  و بور ساخته می‌شود و ساختار بلوری چهارگوشه‌ای را تشکیل می‌دهد. این آهنربا قوی‌ترین نوع آهنربای دائمی موجود در بازار است.

این تحقیق جدید می‌تواند راه‌های جدیدی را برای دانشمندان و مهندسان در حال توسعه سیستم‌های اکسیژن و همچنین سایر تحقیقات فضایی که شامل تغییرات فاز مایع به گاز است، باز کند.دکتر "برینکرت" می‌گوید: این مطالعه پیامدهای شگرفی برای توسعه بیشتر سیستم‌های جداسازی فاز در مأموریت‌های فضایی طولانی‌مدت دارد که نشان می‌دهد اکسیژن کارآمد و تولید هیدروژن در سیستم‌های فتو-الکترولیز می‌تواند حتی در غیاب تقریباً نیروی شناور به دست آید.پروفسور "هنسپرتر شوآب" از دانشگاه "کلرادو بولدر" می‌گوید: پس از سال‌ها تحقیق تحلیلی و محاسباتی، امکان استفاده از این برج شگفت‌انگیز در آلمان، اثبات مفهوم ملموسی را ارائه کرد که این مفهوم در محیط فضایی بدون گرانش عمل خواهد کرد.