دراسة جديدة تحل مشكلة كبيرة في العيش خارج الأرض

يمكن للإنسانية أن تؤسس القواعد على الكواكب الأخرى وضمانها الإمداد بالأكسجين باستخدام التقنيات الجديدة المكتشفة هنا على الأرض.

الاكتشاف – كشفت الأبحاث المنشورة في وقت سابق من هذا الشهر أن عملية التحليل الكهربائي للماء ، والتي تستخدم الكهرباء لتقسيم جزيئات الماء إلى هيدروجين وأكسجين ، تعمل بالفعل عند مستويات الجاذبية المنخفضة. النتائج المنشورة في المجلة طبيعة، تبين أن إنتاج الأكسجين عن طريق التحليل الكهربائي انخفض بنسبة 11 بالمائة فقط في ظل ظروف الجاذبية الشبيهة بالقمر.

“إذا كان هناك جليد مائي على المريخ ، فيمكن أيضًا أن يتحلل كهربائيًا لإنتاج الأكسجين والهيدروجين ،” مارك سيميس، وهو محاضر كبير في الكيمياء بجامعة جلاسكو ومؤلف في الورقة ، كما يقول معكوس.

“يمكن استخدام هذه بعد ذلك لدفع الصواريخ من المريخ إلى الأرض.”

لماذا يهم – يمكن أن تساعد النتائج في تمكين بعض أكثر الخطط طموحًا في رحلات الفضاء. في عام 2017 ، حدد إيلون ماسك ، الرئيس التنفيذي لشركة SpaceX ، خططًا لإرسال بشر إلى المريخ في عشرينيات القرن الحالي ، وإنشاء قاعدة ، وفي النهاية إنشاء مدينة بحلول عام 2050.

Starship ، صاروخ قابل لإعادة الاستخدام قيد التطوير ، يستخدم الأكسجين السائل والميثان كوقود له. في حدث 2017 ، أوضح ماسك كيف يمكن لرواد الفضاء جمع الماء وثاني أكسيد الكربون واستخدامهما في صنع الوقود:

كما يوضح الرسم البياني أعلاه ، فإن التحليل الكهربائي أمر حيوي لصنع الأكسجين السائل الذي يمكن أن تستخدمه السفن للعودة.

كيف فعلوا ذلك – بحث أحدث بحث في كيف يمكن لانخفاض الجاذبية أن يغير عملية التحليل الكهربائي. أجرى الفريق التحليل الكهربي في عدة نقاط قوة للجاذبية ، تتراوح من 0.166 جم (على غرار القمر) إلى 8 جم (أقوى ثماني مرات من الأرض). وبالمقارنة ، تبلغ جاذبية المريخ حوالي 0.38 جرام.

يقول سيمز: “لم يسبق لأحد أن درس تأثيرات الجاذبية القمرية على عملية التحليل الكهربائي للماء”.

وجد الفريق أن إنتاج الأكسجين انخفض بنسبة 11٪ فقط في ظل أضعف جاذبية شبيهة بالقمر. الأهم من ذلك ، أن العملية تعمل ويمكن أن توفر موارد لقاعدة قمرية.

ماذا يعني هذا للبشر على القمر

بدأت وكالة ناسا بالفعل في تجربة استخدام موارد المريخ. في أبريل 2021 ، استخلصت تجربة استخدام موارد الأكسجين في الموقع أو MOXIE التابعة للوكالة ، أول أوكسجين من الهواء. لقد فعلت ذلك عن طريق جمع ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي واستخدام عملية تحليل كهربائي مختلفة.

كان MOXIE ناجحًا ، ولكن يجب أن يكون الإصدار المستقبلي أكبر من ذلك بكثير. الإصدار الحالي ، بحجم محمصة الخبز ، ينتج 10 جرامات من الأكسجين في الساعة. ستحتاج مهمة رواد الفضاء المكونة من أربعة أشخاص إلى حوالي 55000 رطل من الأكسجين لمغادرة المريخ ، الأمر الذي يتطلب جهاز MOXIE بحوالي 100 مرة.

مع هذه النتائج الأخيرة ، أصبح لدى رواد الفضاء مصدر بديل للأكسجين. يمكن للمستكشفين البحث عن جليد مائي واستخدامه لجمع المزيد من الأكسجين.

بالنظر إلى المستقبل البعيد ، يرغب ماسك وآخرون في بناء مدن كبيرة وحتى استصلاح الكوكب لجعلها أكثر ملاءمة للعيش. ماذا تعني أحدث النتائج لذلك؟

يقول سايمز: “هذا يتجاوز خبرتي قليلاً ، ولكن بشكل عام أود أن أقول إن أي شيء يسمح أو يسهل للبشر قضاء الوقت على هذه الكواكب الأخرى دون إعادة الإمداد المستمر من الأرض هو خطوة نحو بنية تحتية مكتفية ذاتيًا”.

الملخص: يتطلب إنشاء وجود بشري دائم على القمر أو المريخ إمدادًا آمنًا بالأكسجين لدعم الحياة والتزود بالوقود. اجتذب التحليل الكهربائي للماء اهتمامًا كبيرًا في هذا الصدد حيث قد يوجد جليد الماء على كل من القمر والمريخ. ومع ذلك ، حتى الآن لم تكن هناك دراسة تبحث في كيفية تأثير حقول الجاذبية المنخفضة على القمر والمريخ في التحليل الكهربائي الناتج عن الغاز عند مقارنتها بالظروف الأرضية. نقدم هنا بيانات تجريبية حول تأثيرات مجالات الجاذبية على التحليل الكهربائي للماء من 0.166 جم (الجاذبية القمرية) إلى 8 جم (ثمانية أضعاف جاذبية الأرض) ونبين أن إنتاج الأكسجين الإلكتروليتي ينخفض ​​بحوالي 11٪ تحت الجاذبية القمرية مع نظامنا مقارنة للتشغيل عند 1 غرام. علاوة على ذلك ، تشير نتائجنا إلى أن البيانات الإلكتروليتية التي تم جمعها باستخدام تجارب أرضية أقل كثافة في استخدام الموارد عند الجاذبية المرتفعة (> 1 جم) قد يتم استقراءها إلى مستويات الجاذبية التي تقل عن 1 جم.