دراسة تكشف عن استخدام المغناطيس لإنتاج الأكسجين بكفاءة أكبر فى الفضاء

تتمثل مشكلة العيش في الفضاء فى  إنتاج الأكسجين بكفاءة وموثوقية في الفضاء، حيث إن محطة الفضاء الدولية، تُعالَج هذه المشكلة بأنظمة ثقيلة وكثيفة الاستهلاك للطاقة، وهي ليست مثالية للمهام الفضائية طويلة الأمد، لذلك قدم فريق من الباحثين من جامعة وارويك، ومركز تكنولوجيا الفضاء التطبيقية والجاذبية الصغرى (ZARM) في جامعة بريمن، ومعهد جورجيا للتكنولوجيا، حلاًّ بسيطاً لجعل إنتاج الأكسجين في المستقبل أخفّ وأبسط وأكثر استدامةً، وذلك باستخدام المغناطيسية.

ووفقا لما ذكره موقع "Phys"، قالت البروفيسورة كاترينا برينكرت، الأستاذة الفخرية في جامعة وارويك وأستاذة تقنيات استكشاف الفضاء البشري ومديرة مركز ZARM: "لقد أثبتنا أننا لسنا بحاجة إلى أجهزة طرد مركزي أو أي أجزاء ميكانيكية متحركة لفصل الهيدروجين والأكسجين المُنتَجين عن الإلكتروليت السائل، ولا نحتاج حتى إلى طاقة إضافية، بل هو نظام سلبي تماماً ومنخفض الصيانة".
تعد الطريقة الشائعة لإنتاج الأكسجين في الفضاء هي التحليل الكهربائي للماء، وهي عملية تُفَصِّل الماء إلى هيدروجين وأكسجين باستخدام أقطاب كهربائية مغمورة في محلول إلكتروليتي، ومع ذلك، في حالة انعدام الوزن المداري، لا تطفو فقاعات الغاز لأعلى، بل تميل إلى الالتصاق بالأقطاب الكهربائية وتبقى معلقة في السائل، مما يتطلب نظامًا معقدًا وضخمًا ومستهلكًا للطاقة لإدارة السوائل، وهو نظام غير عملي للمهام طويلة الأمد، لأن كل كيلوجرام من المعدات وكل واط من الطاقة في الفضاء مهم.

تمكن فريق دولي من العلماء من جامعة وارويك ومعهد جورجيا للتكنولوجيا ومعهد ZARM من إثبات أن حلاً بسيطًا للمجالات المغناطيسية يمكن أن يدعم فصل فقاعات الغاز عن الأقطاب الكهربائية في بيئة انعدام الجاذبية، وقد تم إنشاؤه في برج بريمن للسقوط، دون الحاجة إلى معدات ضخمة.

وقال الدكتور ألفارو روميرو كالفو، الأستاذ المساعد في معهد جورجيا للتكنولوجيا: "تمكّن فريقنا من إثبات قدرة القوى المغناطيسية على التحكم بفعالية في تدفقات الفقاعات الكهروكيميائية في الجاذبية الصغرى، متجاوزين بذلك أحدث ما توصلت إليه الميكانيكا في ظروف الجاذبية المنخفضة، ومُمكنين بذلك هياكل رحلات الفضاء البشرية المستقبلية".

باستخدام مغناطيسات دائمة جاهزة، طوّر فريق البحث نظام فصل طور سلبي يدفع الفقاعات بعيدًا عن الأقطاب الكهربائية ويجمعها في مواقع محددة، ولتحقيق هذا الإنجاز، طور الفريق نهجين متكاملين لجمع فقاعات الأكسجين من القطب الكهربائي، ويستفيد النهج الأول من كيفية استجابة الماء بشكل طبيعي للمغناطيس في الجاذبية الصغرى، مُوجّهًا فقاعات الغاز نحو نقاط التجميع.

وتستخدم الطريقة الثانية القوى المغناطيسية الهيدروديناميكية، التي تنشأ من التفاعل بين المجالات المغناطيسية والتيارات الكهربائية الناتجة عن التحليل الكهربائي، ويُنتج هذا حركة دورانية في السائل تفصل فقاعات الغاز عن الماء من خلال تأثيرات الحمل الحراري، محققًا فصلًا طوريًا مشابهًا لأجهزة الطرد المركزي الميكانيكية المستخدمة في محطة الفضاء الدولية، ولكن باستخدام القوى المغناطيسية بدلًا من الدوران الميكانيكي.