Το νέο «κλειδί» για την εξερεύνηση της Σελήνης και του Άρη

Η μακρόχρονη παρουσία αστροναυτών στο Διάστημα απαιτεί αξιόπιστα συστήματα υποστήριξης ζωής. Ένα από τα πιο κρίσιμα ζητήματα είναι η παραγωγή οξυγόνου, όχι μόνο για αναπνοή αλλά και για καύσιμα. Μέχρι σήμερα, η τεχνολογία βασιζόταν σε ογκώδεις φυγοκεντρητές, όπως αυτοί που χρησιμοποιούνται στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό (ISS), ώστε να διαχωρίζονται οι φυσαλίδες οξυγόνου και υδρογόνου που προκύπτουν από την ηλεκτρόλυση του νερού. Ωστόσο, αυτή η λύση είναι ενεργοβόρα, βαριά και ακατάλληλη για αποστολές μεγάλης διάρκειας στη Σελήνη ή τον Άρη.

Μια διεθνής ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον Alvaro Romero-Calvo από το Georgia Institute of Technology, σε συνεργασία με το University of Bremen’s Center of Applied Space Technology and Microgravity (ZARM) και το University of Warwick, παρουσίασε μια ριζοσπαστική εναλλακτική: τη χρήση μαγνητών. Τα αποτελέσματα, που δημοσιεύτηκαν πρόσφατα στο Nature Chemistry, δείχνουν ότι οι μαγνητικές δυνάμεις μπορούν να κατευθύνουν τις φυσαλίδες σε συνθήκες μικροβαρύτητας, παρακάμπτοντας την ανάγκη για μηχανική περιστροφή.

Η τεχνική αξιοποιεί δύο σχετικά παραγνωρισμένες αλληλεπιδράσεις: τον διαμαγνητισμό και τη μαγνητοϋδροδυναμική. Μέσω αυτών, οι φυσαλίδες που παράγονται κατά την ηλεκτρόλυση καθοδηγούνται σε σημεία συλλογής, με τρόπο πιο αποδοτικό από οποιοδήποτε προηγούμενο σύστημα. Οι δοκιμές πραγματοποιήθηκαν στον πύργο μικροβαρύτητας του ZARM στη Βρέμη, ύψους 146 μέτρων, όπου τα δείγματα εκτέθηκαν σε συνθήκες ελεύθερης πτώσης. Τα αποτελέσματα ήταν εντυπωσιακά: αύξηση της αποδοτικότητας αποκόλλησης φυσαλίδων έως και 240%, γεγονός που μεταφράζεται σε πολύ πιο αποδοτικές κυψέλες ηλεκτρόλυσης.

Ο ίδιος ο Romero-Calvo δήλωσε ότι «μετά από τέσσερα χρόνια δουλειάς, η απόδειξη πως οι μαγνητικές δυνάμεις μπορούν να ελέγξουν τις ηλεκτροχημικές ροές φυσαλίδων σε μικροβαρύτητα αποτελεί ένα συναρπαστικό βήμα προς πιο αξιόπιστα συστήματα υποστήριξης ζωής στο Διάστημα». Η έρευνα ξεκίνησε ως μέρος της διδακτορικής του διατριβής και στη συνέχεια έλαβε στήριξη από το πρόγραμμα NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC), που χρηματοδοτεί ριζοσπαστικές ιδέες με προοπτική εφαρμογής σε μελλοντικές αποστολές.

Το ενδιαφέρον για τεχνολογίες παραγωγής οξυγόνου στο Διάστημα δεν είναι καινούργιο. Ο Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment (MOXIE) του ρόβερ Perseverance της NASA, για παράδειγμα, δοκίμασε με επιτυχία την παραγωγή οξυγόνου από το διοξείδιο του άνθρακα της ατμόσφαιρας του Άρη. Ωστόσο, η νέα μέθοδος με μαγνήτες δεν περιορίζεται μόνο στη χρήση τοπικών πόρων, αλλά προσφέρει μια πιο ελαφριά και βιώσιμη λύση για τη διαχείριση του νερού που θα μεταφέρεται ή θα εξορύσσεται σε άλλους κόσμους.

Η σημασία αυτής της ανακάλυψης είναι διπλή. Από τη μία, υπόσχεται την ελάφρυνση του φορτίου που θα πρέπει να μεταφέρουν οι αποστολές, καθώς δεν θα απαιτούνται πλέον βαριές συσκευές φυγοκέντρησης. Από την άλλη, βελτιώνει την αξιοπιστία και την αποδοτικότητα της παραγωγής οξυγόνου, ένα ζήτημα ζωτικής σημασίας για την ασφάλεια των πληρωμάτων. Σε βάθος χρόνου, η τεχνολογία αυτή μπορεί να αποτελέσει βασικό κομμάτι της υποδομής για μόνιμες βάσεις στη Σελήνη και τον Άρη.

Η ερευνητική ομάδα δεν σκοπεύει να σταματήσει εδώ. Στο επόμενο στάδιο θα διερευνήσει την κλιμάκωση της τεχνολογίας και την εφαρμογή της σε διαφορετικές αρχιτεκτονικές ηλεκτρόλυσης. Οι δοκιμές θα συνεχιστούν τόσο στον πύργο μικροβαρύτητας όσο και σε υποτροχιακές πτήσεις με πειραματικούς πυραύλους. Παράλληλα, το πρόγραμμα υποστηρίζεται και από τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος (ESA) αλλά και από το Γερμανικό Αεροδιαστημικό Κέντρο (DLR).

Η προοπτική αυτής της λύσης είναι να καταστήσει τις μελλοντικές αποστολές πιο αυτάρκεις και οικονομικά βιώσιμες. Αντί να βασίζονται σε επίγειες προμήθειες ή περίπλοκα μηχανικά συστήματα, οι αστροναύτες θα μπορούν να παράγουν οξυγόνο με έναν πιο «έξυπνο» και ελαφρύ τρόπο. Στο πλαίσιο της φιλοδοξίας της NASA να στείλει ανθρώπους στον Άρη έως τα τέλη της δεκαετίας του 2030, κάθε βελτίωση που μειώνει το βάρος, την πολυπλοκότητα και την κατανάλωση ενέργειας είναι καθοριστική.

[via]