يعكف العلماء على تطوير تقنيات جديدة تساعد في توليد الأكسجين بشكل أكثر كفاءة لرواد الفضاء، وهو ما قد يكون له تأثير كبير على المستقبل في استكشاف الفضاء. تعد هذه التطورات حلاً محتملاً للتحديات التي تواجه البعثات الطويلة الأمد إلى القمر والمريخ.
التحديات الحالية في توليد الأكسجين في الفضاء
تعتمد الأنظمة الحالية لدعم الحياة في الفضاء، مثل محطة الفضاء الدولية، على أجهزة طرد مركزي ضخمة لفصل فقاعات الأكسجين والهيدروجين الناتجة عن عملية التحليل الكهربائي للماء. في ظل الجاذبية الأرضية، ترتفع الفقاعات بعيداً عن الأقطاب الكهربائية، لكن في حالة انعدام الجاذبية، يصبح من الضروري استخدام الدوران لفصلها.
رغم فعالية هذه الطريقة، إلا أن المعدات اللازمة لها ثقيلة وتستهلك الكثير من الطاقة، مما يجعلها غير ملائمة للبعثات الطويلة الأمد إلى القمر أو المريخ. لهذا، يبحث العلماء عن حلول أكثر كفاءة واستدامة.
الحل المبتكر: استخدام المغناطيس
قاد ألفارو روميرو-كالفو من معهد جورجيا للتكنولوجيا دراسة جديدة بالتعاون مع زملاء من مركز بريمن للتكنولوجيا الفضائية التطبيقية ودراسة انعدام الجاذبية وجامعة ورك. أظهرت الدراسة إمكانية استخدام المغناطيس لتوجيه فقاعات الغاز في حالة انعدام الجاذبية إلى مواقع التجميع، مما يلغي الحاجة إلى الدوران الميكانيكي من الأجهزة الطاردة المركزية الثقيلة.
نشرت نتائج هذه الدراسة في مجلة نيتشر كيميستري، حيث أظهرت أن التفاعلات المغناطيسية غير المستكشفة بشكل كبير، مثل الديامغناطيسية والمغناطيسية الهيدروديناميكية، توفر مساراً مثيراً لحل هذه المشكلة وتطوير هيكليات بديلة لإنتاج الأكسجين.
التجارب والنتائج
استخدم الفريق برج الإسقاط البالغ ارتفاعه 479 قدمًا في بريمن بألمانيا لاختبار هذه التكنولوجيا. أظهرت النتائج زيادة في كفاءة فصل الفقاعات تصل إلى 240%، مما يعني خلايا تحليل كهربائي أكثر فعالية وإنتاج أفضل للأكسجين.
بعد أربع سنوات من العمل الجاد، يُعد إظهار القدرة على التحكم في تدفقات الفقاعات الكهروكيميائية في حالة انعدام الجاذبية خطوة مثيرة نحو أنظمة دعم الحياة الفضائية أكثر كفاءة وموثوقية.
التطبيقات المستقبلية
بدأ تطوير هذا النهج من قبل روميرو-كالفو كجزء من أطروحته للدكتوراه، وأثبتت جدواه من خلال منحة من برنامج المفاهيم المتقدمة المبتكرة التابع لناسا. يعتزم الفريق مواصلة البحث تحت برامج ناسا والوكالة الفضائية الأوروبية لتقييم التنفيذ، والقدرة على التوسع، والكفاءة على المدى الطويل لمختلف هيكليات تحليل الماء بالاعتماد على المغناطيس.
كما حظي البحث بدعم من المركز الألماني للفضاء، مما يساعد في إجراء المزيد من التجارب باستخدام برج الإسقاط والصواريخ شبه المدارية.
الخاتمة
يمثل استخدام المغناطيس في توليد الأكسجين في الفضاء تطوراً مثيراً يمكن أن يحدث ثورة في كيفية دعم الحياة في الرحلات الفضائية الطويلة. بفضل هذه التقنية، قد يصبح من الممكن تقليل الوزن والتكلفة الإجمالية للبعثات إلى القمر والمريخ، مما يسهم في فتح آفاق جديدة لاستكشاف الفضاء.
