Оценена эффективность производства кислорода на Луне и Марсе
Категория: Технологии, Освоение Солнечной системыИсследователи из Великобритании выяснили, как пониженная гравитация на Луне и Марсе повлияет на эффективность получения кислорода методом электролиза. Результаты работы помогут повысить надежность систем жизнеобеспечения при проектировании пилотируемых космических миссий на другие планеты и спутники.
Для создания пригодных для жизни поселений за пределами Земли необходимо иметь надежный источник кислорода. Он понадобится не только для жизнеобеспечения астронавтов, но и для получения топлива для метан-кислородных двигателей (например, того же Starship Илона Маска). Электролиз давно рассматривают как наиболее привлекательный метод получения кислорода на Луне и Марсе из водного льда, который, как известно, присутствует на поверхности этих тел.
Сам процесс получения кислорода методом электролиза может показаться довольно простым: через электролит (например, лунный или марсианский водный лед) пропускается электрический ток, и в результате проходящих на электродах реакций выделяются кислород и водород. Однако есть тонкость: от того, как ведут себя пузырьки кислорода, образующиеся на электродах, сильно зависит электрохимическая эффективность всего процесса.
- Схематическое сравнение распределения пузырьков газа на электроде при низкой (слева) и высокой (справа) гравитации. В случае более низкой гравитации пузырьки будут больше прилипать к поверхности, увеличивая сопротивление и перенапряжение по сравнению с системой с более высокой гравитацией, где пузырьки быстрее отрываются от электрода, уменьшая сопротивление в системе и снижая перенапряжение.
В теории при пониженной гравитации пузырьки газа могут дольше оставаться на поверхности электрода и создавать резистивный слой, тем самым снижая эффективность производства кислорода. Группа исследователей из Университета Манчестера и Университета Глазго (Великобритания) решила впервые экспериментально проверить эту гипотезу. Статья с результатами исследования опубликована в журнале Nature Communications.
Ведущий инженер проекта Гюнтер Джаст (Gunter Just) поясняет: «Мы спроектировали и построили небольшую центрифугу, которая создает различные уровни гравитации, в том числе соответствующие Луне и Марсу, и использовали ее в условиях микрогравитации во время параболического полета, чтобы устранить влияние гравитации Земли».
Согласно результатам исследования, электрохимическая ячейка будет производить на 11% меньше кислорода при работе в условиях лунной гравитации и на 6%, если будет работать при гравитации Марса. Тем не менее этот эффект можно компенсировать, повысив рабочий потенциал электродов, а значит и энергопотребление электролизера, изменив форму или структуру электродов, или создав принудительную конвекцию в системе.
- Ячейка из поликарбоната, в которой проходили эксперименты по электролизу при различной силе тяжести.
«Требуемая дополнительная мощность была более скромной и составляла около 1%, — отметил Джаст. — Эти значения относятся только к небольшой испытательной камере, но демонстрируют, что снижение эффективности в условиях низкой гравитации необходимо учитывать при расчете необходимой мощности или количества произведенного кислорода для системы, работающей на Луне или Марсе».
Источник: Naked Science