Hacer oxígeno con imanes podría ayudar a los astronautas a respirar mejor

Un equipo internacional de científicos, incluido un químico de la Universidad de Warwick, ha propuesto una forma potencialmente mejor para que los astronautas creen oxígeno utilizando el magnetismo.

La conclusión proviene de una nueva investigación sobre separación de fases magnéticas en microgravedad, publicada en 2013. npj microgravedad Por investigadores de la Universidad de Warwick en el Reino Unido, la Universidad de Colorado Boulder y la Freie Universität Berlin en Alemania.

Astronauta Respirando en la Estación Espacial Internacional, etc. vehículos espaciales es un proceso complejo y costoso. A medida que los humanos planifiquen futuras misiones a la Luna o Marte, se necesitará una mejor tecnología.

El autor principal Alvaro Romero-Calvo, un Ph.D. reciente. El estudiante graduado de la Universidad de Colorado Boulder dice: “El oxígeno en la Estación Espacial Internacional es creado por una celda electrolítica que divide el agua en hidrógeno y oxígeno, pero luego hay que sacar esos gases del sistema. Un análisis relativamente reciente. Un investigador de NASA Ames concluyó que adaptar la misma arquitectura para un viaje a Marte tendría penalizaciones de masa y confiabilidad tan significativas que no tendría sentido usarla».

La Dra. Katharina Brinkert, del Departamento de Química de la Universidad de Warwick y del Centro de Tecnología Espacial Aplicada y Microgravedad (ZARM) en Alemania, dijo que «la separación de fases efectiva en entornos de gravedad reducida es una barrera para la exploración espacial humana y se conoce desde el primeros vuelos espaciales. en los años 1960. Este fenómeno es particularmente desafiante para la nave espacial y el sistema de soporte vital de la Estación Espacial Internacional (ISS), ya que el oxígeno para la tripulación se produce en los sistemas electrolizadores de agua y requiere la separación del electrodo y el electrolito líquido».

El principal problema es la flotabilidad.

Imagina un vaso de refresco con gas. Burbujas de CO en la Tierra_2: flotan hacia arriba rápidamente, pero en ausencia de gravedad, esas burbujas no tienen adónde ir. En cambio, permanecen en el líquido.

La NASA actualmente usa centrífugas para expulsar gases, pero estas máquinas son grandes y requieren una masa, potencia y mantenimiento significativos. Mientras tanto, el equipo realizó experimentos que demostraron que los imanes pueden lograr los mismos resultados en algunos casos.

Aunque las fuerzas diamagnéticas son bien conocidas y comprendidas, su uso por parte de los ingenieros aplicaciones espaciales no se han explorado completamente porque la gravedad dificulta la demostración de la tecnología en la Tierra.

Ingrese al Centro de Tecnología Espacial y Microgravedad (ZARM) en Alemania. Allí, Brinkert, que tiene una investigación en curso financiada por el Centro Aeroespacial Alemán (DLR), dirigió al equipo en pruebas experimentales exitosas en una torre de caída especial que simula condiciones de microgravedad.

Aquí, los grupos desarrollaron un procedimiento para separar burbujas de gas de las superficies de los electrodos en un entorno de microgravedad generado durante 9,2 s en una torre de caída en Bremen. Este estudio muestra por primera vez que las burbujas de gas se pueden «atraer» y «repeler» de un simple imán de neodimio en microgravedad al sumergirlo en diferentes tipos de soluciones acuosas.

La investigación podría abrir nuevas vías para los científicos e ingenieros que desarrollan sistemas de oxígeno, entre otros. exploración espacial Implica cambios de fase de líquido a gas.

El Dr. Brinkert dice: «Estos efectos tienen enormes implicaciones para el desarrollo futuro de los sistemas de separación de fases, como para misiones espaciales de larga duración, lo que sugiere que el oxígeno eficiente y, por ejemplo, producción de hidrógeno en los sistemas de (foto)electrolizadores de agua se puede lograr incluso en ausencia casi total de fuerza de flotación”.

El profesor Hanspeter Schaub de la Universidad de Colorado Boulder dice: «Después de años de investigación analítica y computacional, el uso de esta asombrosa torre en Alemania ha brindado una prueba concreta de que este concepto funcionará en la zona cero. espacio ambiente».