تولید اکسیژن با کمک آهنربا می‌تواند به فضانوردان کمک کند تا به راحتی نفس بکشند!!

اعتبار  تصویر: Pixabay/CC0 Public Domain

تیم بین‌المللی دانشمندان، از جمله دانشگاه وارویک، راه بالقوه بهتری برای تولید اکسیژن فضانوردان در فضا با استفاده از مغناطیس ارائه کرده است.

این نتیجه‌گیری از تحقیقات جدید در مورد جداسازی فاز مغناطیسی در ریزگرانش بدست آمده است که توسط محققان دانشگاه وارویک در بریتانیا، دانشگاه کلرادو بولدر و دانشگاه فری برلین در آلمان در npj Microgravity منتشر شده است.

تامین اکسیژن مورد نیاز تنفس فضانوردان در داخل ایستگاه فضایی بین‌المللی و سایر وسایل نقلیه فضایی فرآیندی پیچیده و پرهزینه است. هم زمانی که انسان برای مأموریت‌های آینده به ماه یا مریخ برنامه‌ریزی می‌کند، فناوری بهتری هم مورد نیاز خواهد بود.

نویسنده اصلی، آلوارو رومرو-کالوو، دانش‌آموخته جدید مقطع دکترا از دانشگاه کلرادو بولدر، می‌گوید که “در ایستگاه فضایی بین‌المللی، اکسیژن با استفاده از یک سلول الکترولیتی تولید می‌شود که می‌تواند آب را به هیدروژن و اکسیژن تجزیه کند، اما پس از آن باید آن گازها را از سیستم خارج کنید. تحلیل نسبتاً جدیدی از یکی از پژوهشگران ناسا ایمز این نتیجه را داشته است که انطباق معماری مشابه در سفر به مریخ آنچنان تاوان سنگینی از نظر جرم و قابلیت اطمینان خواهد داشت که استفاده از آن منطقی نیست.

دکتر کاتارینا برینکرت از گروه شیمی دانشگاه وارویک و مرکز فناوری کاربردی فضایی و ریزگرانش (ZARM) در آلمان می‌گوید که «جداسازی فازی موثر در محیط‌های گرانشی کاهش‌یافته مانعی برای اکتشافات فضایی انسان است و از اولین پروازها به فضا در دهه 1960 شناخته‌ شده بوده است. این پدیده یک چالش خاص برای سیستم پشتیبانی حیات در فضاپیما و ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS) است زیرا اکسیژن برای خدمه در سیستم‌های الکترولیز آب تولید می‌شود و نیاز به جداسازی از الکترود و الکترولیت مایع دارد.

موضوع اصلی شناوری buoyancy است.

یک لیوان نوشابه گازدار را تصور کنید. در زمین، حباب‌های CO2 به سرعت به سمت بالا شناور می‌شوند، اما در غیاب گرانش، آن حباب‌ها جایی برای رفتن ندارند و در عوض در مایع معلق می‌مانند.

ناسا در حال حاضر از سانتریفیوژها برای بیرون راندن گازها استفاده می‌کند، اما این ماشین‌ها بزرگ هستند و به جرم، نیرو 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 شناخته‌شده و قابل درک هستند، استفاده از آنها توسط مهندسان در کاربردهای فضایی به طور کامل مورد بررسی قرار نگرفته است زیرا گرانش اثبات و تایید این فناوری را دشوار می‌سازد.

اگر به مرکز فناوری کاربردی فضایی و ریزگرانش (ZARM) در آلمان وارد شوید، در آنجا، برینکرت را می‌بینید که تحقیقات مستمری را با بودجه مرکز هوافضای آلمان (DLR) انجام می‌دهد، او این تیم را در آزمونهای تجربی موفقیت‌آمیز در تأسیسات ویژه برج‌های قطره‌ای که شرایط ریزگرانش را شبیه‌سازی می‌کند، سرپرستی کرده است.

در اینجا، گروه‌ها روشی را برای جدا کردن حباب‌های گاز از سطوح الکترود در محیط‌های ریزگرانشی اتخاذ کرده‌اند که این محیطها برای 9.2 ثانیه در برج قطره‌ای برمان ایجاد شدند. این مطالعه برای اولین بار نشان داد که حباب‌های گاز را می‌توان با غوطه‌ور کردن آن در انواع مختلف محلول‌های آبی، به یک آهنربای نئودیمیم ساده در ریزگرانش «جذب» و «دفع» کرد.

این تحقیق می‌تواند راه‌های جدیدی را باز کند برای دانشمندان و مهندسانی که در حال شکل‌دهی دستگاههای اکسیژن و همچنین سایر تحقیقات فضایی هستند که شامل تغییرات فاز مایع به گاز است.

دکتر برینکرت می‌گوید که «این تأثیرات پیامدهای شگرفی برای توسعه بیشتر سیستم‌های جداسازی فازی، مانند مأموریت‌های فضایی طولانی‌مدت دارد که نشان می‌دهد که اکسیژن موثر و برای مثال، تولید هیدروژن در سیستم‌های (فتو-)الکترولیز آب می‌تواند حتی تقریبا در غیاب نیروی شناوری به دست آید.”

پروفسور‌هانس پیترشاب از دانشگاه کلرادو بولدر می‌گوید که «پس از سال‌ها تحقیقات تحلیلی و محاسباتی، امکان استفاده از این برج قطره‌ای شگفت‌انگیز در آلمان، مدرک ملموسی را در اختیار ما قرار داد مبنی بر این که این طرح مفهومی در محیط فضایی صفر گرم عمل خواهد کرد».

مترجم: رویا قنادی

منبع:

Making oxygen with magnets could help astronauts breathe easy

by University of Warwick AUGUST 12, 2022

https://phys.org/news/2022-08-oxygen-magnets-astronauts-easy.html