Космически агенции и частни компании оповестиха планове за изпращането на хора на Марс през идните няколко години. С все по-нарастващия броя открити екзопалнети, обикалящи около близки звезди, космическите пътешествия на далечни разстояния никога не са изглеждали по-вълнуващи.
За хората обаче не е лесно да оцелеят в космоса толкова дълго време. Едно от най-големите предизвикателства е преносът на големи количества кислород за дишане и гориво за захранване на електрониката.
Според новопроводено изследване, обаче, е възможно да се произведат водород (за гориво) и кислород (за поддържане на живота) от вода с помощта на полупроводников материал и слънчева светлина в условия на нулева гравитация.
Най-добрият начин за добив на водород и кислород би бил разделянето на водата, чрез електролиза – метод, който включва протичане на ток през вода, съдържаща някакъв разтворим електролит.
Макар методът да е технически възможен, той все още не се използва на Земята, защото се нуждаем от по-добре развита инфраструктура, като водородни зарядни станции.
Добитите по този начин водород и кислород биха могли да се използват като гориво за космическия кораб. Изстрелването на ракета с вода ще е далеч по-безопасно от изстрелване с допълнително ракетно гориво и кислород на борда, който би могъл да се възпламени. В космоса специална технология ще разделя водата на водород и кислород, които на свой ред ще се използват за поддържане на живота или за захранване на електрониката чрез горивни клетки.
Съществуват две възможности за това. Едната включва електролиза, използваща електролити и соларни клетки, за улавяне на слънчевата светлина и превръщането и в електричество.
Алтернативата е да се използват фото катализатори, които абсорбират светлинни частици – фотони – в полупроводников материал във водата. Енергията на фотона са абсорбира от електрон в материала, който след това отскача, оставяйки след себе си дупка.
Процесът е обратим. Водородът и кислородът могат отново да се слеят или “рекомбинират” с помощта на горивна клетка, връщаща слъчневата енергия, абсорбирана от фото катализаторите – енергия, която би могла да се използва за захранване на електрониката. Крайният продукт от рекомбинацията е само вода – това означава, че водата ще може да се рециклира. Именно в това е ключът към космическите пътешествия на големи разстояния.
Процесът, разчитащ на фото катализатори, е най-добрата алтернатива за космически пътешествия, защото оборудването тежи значително по-малко от това нужно за електролизата. На теория, той би трябвало да работи без проблем, отчасти заради интензитета на слънчевата светлина.
В рамките на новото изследване, учените изпуснали експерименталното оборудване от 120-метрова кула, за да създадат условия, подобни на микрогравитация. С ускоряване на обектите към земята в свободното падане, ефектът на гравитацията намалява, заради противополжното и равно по сила ускорение.
В крайна сметка учените доказали, че разделянето на водата е възможно в тези условия. При процесът, обаче, се образуват мехурчета. Елиминирането на мехурчетата от катализаторите е жизненоважно, защото те възпрепятстват процеса на образуване на газ.
На Земята, гравитацията кара мехурчетата автоматично да изплуват на повърхността, създавайки място за катализатора. В условия на нулева гравитация, това е невъзможно, защото мехурчетата ще останат по или в близост да катализатора. Учените, обаче, променили катализатора на нано ниво, създавайки пирамидални зони, за да улеснят откъсването на мехурчетата от върха.
Един проблем, обаче, остава. При липсата на гравитация, мехурчетата ще останат в течностт, дори и отделени от катализатора.
Гравитацията помага на газовете лесно да се отделят от течността, което е жизненоважно за употребата на чисти водород и кислород. При липса на гравитация, никакви мехурчета не се отделят от течността и не изплуват на повърхността, вместо това газът остава и образува пяна.
Това значително намалява ефикасността на процеса, блокирайки катализаторите или електродите. Решението на този проблем ще е ключово за успешното използване на технологията в космоса, като една от възможностите е употребата на центробежни сили от въртенето на космическия кораб, за да се отделят газовете от разтвора.
Източник: sciencealert.com
