تواجه مهمة الإقامة في الفضاء تحدياً كبيراً يتمثل في إنتاج الأكسجين بكفاءة وموثوقية، وهو أمر بالغ الأهمية لضمان استدامة الحياة في البيئات الفضائية، وفي محطة الفضاء الدولية، يتم التعامل مع هذه المشكلة باستخدام أنظمة معقدة تستهلك كميات كبيرة من الطاقة وتتميز بوزنها الثقيل، مما يجعلها غير مثالية للمهام الفضائية طويلة الأمد، لذلك، قام فريق بحثي يضم خبراء من جامعة وارويك، ومركز تكنولوجيا الفضاء التطبيقية والجاذبية الصغرى (ZARM) في جامعة بريمن، ومعهد جورجيا للتكنولوجيا، بتقديم حل مبتكر يعتمد على استخدام المغناطيسية لجعل إنتاج الأكسجين في الفضاء أكثر سهولة واستدامة وفعالية من حيث الوزن،
### حل بسيط لإنتاج الأكسجين
أكدت البروفيسورة كاترينا برينكرت، الأستاذة الفخرية بجامعة وارويك وأستاذة تقنيات استكشاف الفضاء البشري ومديرة مركز ZARM، أنه “تم إثبات عدم الحاجة إلى استخدام أجهزة طرد مركزي أو أجزاء ميكانيكية متحركة لفصل الهيدروجين والأكسجين الناتجين عن الإلكتروليت السائل، كما أن النظام لا يتطلب أي طاقة إضافية، مما يجعله سلبياً تماماً ويتطلب الحد الأدنى من الصيانة”،
### التحديات القائمة والحلول المبتكرة
تعتمد الطريقة الشائعة لإنتاج الأكسجين في الفضاء على التحليل الكهربائي للماء، وهي عملية يتم فيها فصل الماء إلى هيدروجين وأكسجين باستخدام أقطاب كهربائية مغمورة في محلول إلكتروليتي، ومع ذلك، في ظل ظروف انعدام الوزن التي تسود في الفضاء، لا تصعد فقاعات الغاز إلى الأعلى، بل تلتصق بالأقطاب الكهربائية وتبقى معلقة في السائل، مما يستدعي استخدام أنظمة معقدة وكبيرة الحجم وتستهلك الكثير من الطاقة لإدارة السوائل، وهذا يجعلها غير عملية للمهام طويلة الأمد، نظراً لأهمية كل كيلوجرام من المعدات وكل واط من الطاقة في الفضاء،
تمكن فريق دولي من العلماء من جامعة وارويك ومعهد جورجيا للتكنولوجيا ومعهد ZARM من إثبات إمكانية استخدام المجالات المغناطيسية كحل بسيط لدعم فصل فقاعات الغاز عن الأقطاب الكهربائية في بيئة انعدام الجاذبية، وقد تم تحقيق ذلك في برج بريمن للسقوط، دون الحاجة إلى معدات ضخمة،
### دور القوى المغناطيسية
أوضح الدكتور ألفارو روميرو كالفو، الأستاذ المساعد في معهد جورجيا للتكنولوجيا، أن “الفريق تمكن من إثبات قدرة القوى المغناطيسية على التحكم بفعالية في تدفقات الفقاعات الكهروكيميائية في الجاذبية الصغرى، مما يتجاوز أحدث ما توصلت إليه الميكانيكا في ظروف الجاذبية المنخفضة، ويمكن بذلك من تطوير هياكل رحلات الفضاء البشرية المستقبلية”،
### تطوير نظام فصل طور سلبي
قام فريق البحث بتطوير نظام فصل طور سلبي باستخدام مغناطيسات دائمة جاهزة، يعمل على دفع الفقاعات بعيدًا عن الأقطاب الكهربائية وتجميعها في مواقع محددة، ولتحقيق ذلك، ابتكر الفريق نهجين متكاملين لجمع فقاعات الأكسجين من القطب الكهربائي، حيث يعتمد النهج الأول على استغلال استجابة الماء الطبيعية للمغناطيس في الجاذبية الصغرى، لتوجيه فقاعات الغاز نحو نقاط التجميع،
أما الطريقة الثانية فتعتمد على استخدام القوى المغناطيسية الهيدروديناميكية، الناتجة عن تفاعل المجالات المغناطيسية والتيارات الكهربائية المتولدة عن التحليل الكهربائي، وتؤدي هذه الطريقة إلى إحداث حركة دورانية في السائل تفصل فقاعات الغاز عن الماء من خلال تأثيرات الحمل الحراري، مما يحقق فصلًا طوريًا مشابهًا لأجهزة الطرد المركزي الميكانيكية المستخدمة في محطة الفضاء الدولية، ولكن باستخدام القوى المغناطيسية بدلاً من الدوران الميكانيكي،