علماء يَتَقَدَّمُون خطوة في حل مشكلة الحصول على الأكسجين لمستعمري القمر والمريخ مستقبلا

توصل بحث جديد إلى أن توليد الأكسجين من المياه الموجودة على أسطح الكواكب الأخرى يمكن أن يساعد في دعم المهمات طويلة المدى إلى القمر والمريخ. وقدم العلماء في جامعة مانشستر وجامعة غلاسكو مزيدا من المعلومات حول إمكانية إنشاء مسار لتوليد الأكسجين للإنسان من أجل استيطان القمر أو المريخ  لفترات طويلة من الزمن. ويمكن أن يساعد إنشاء مصدر موثوق للأكسجين البشرية على إنشاء موائل صالحة للعيش خارج الأرض في عصر يكون فيه السفر عبر الفضاء أكثر قابلية للتحقيق من أي وقت مضى.

ويدرس العلماء التحليل الكهربائي، وهو طريقة محتملة شائعة تتضمن تمرير الكهرباء عبر نظام كيميائي لتحريك التفاعل، ويمكن استخدامها لاستخراج الأكسجين من الصخور القمرية أو لتقسيم الماء إلى هيدروجين وأكسجين. وقد يكون هذا مفيدا لكل من أنظمة دعم الحياة وكذلك لإنتاج وقود الدفع الصاروخي في الموقع. ويستخدم التحليل الكهربائي تيارا كهربائيا يمر عبر قطبين لتقسيم الماء إلى الغازات المكونة له – الهيدروجين والأكسجين. ويمكن للتحليل الكهربائي للجليد الذائب على أسطح الكواكب، أن يحرر المهام المستقبلية من الحاجة إلى حمل كل الأكسجين الخاص بها معها. وفي حين أن عملية التحليل الكهربائي على الأرض مفهومة جيدا، إلا أنه لا يُعرف الكثير عن كيفية عملها في بيئات الجاذبية المنخفضة للمريخ والقمر.ويمكن أن يكون للجاذبية المنخفضة تأثير كبير على كفاءة التحليل الكهربائي، حيث يمكن أن تظل الفقاعات عالقة على أسطح القطب وتخلق طبقة مقاومة.

وتُظهر الدراسة الجديدة، التي نُشرت مؤخرا في مجلة Nature Communications، كيف أجرى فريق من العلماء من جامعة مانشستر وجامعة غلاسكو تجارب لتحديد كيفية عمل طريقة التحليل الكهربائي التي قد تمنح الحياة في ظروف الجاذبية المنخفضة.

وأوضح المهندس الرئيسي للمشروع، غونتر جاست: “لقد صممنا وبنينا جهاز طرد مركزي صغير يمكن أن يولد مجموعة من مستويات الجاذبية ذات الصلة بالقمر والمريخ، وقمنا بتشغيله أثناء الجاذبية الصغرى في رحلة طيران، لإزالة تأثير جاذبية الأرض”.

وتابع جاست: “عند إجراء التجربة في المختبر، لا يمكن الهروب من جاذبية الأرض، ومع ذلك، في خلفية الطائرة، التي تمنحنا شبه انعدام الوزن، تأثرت خلايا التحليل الكهربائي لدينا بقوة الطرد المركزي، ولذا يمكننا ضبط مستوى جاذبية كل تجربة عن طريق تغيير سرعة الدوران”. وكان للطرد المركزي أربعة أذرع طولها 25 سم تحتوي كل منها على خلية تحليل كهربائي مزودة بمجموعة متنوعة من أجهزة الاستشعار، لذلك خلال كل قطعة مكافئة تبلغ نحو 18 ثانية، أجرينا أربع تجارب متزامنة على نظام الدوران”.

وأجرى العلماء نفس التجارب على جهاز طرد مركزي من 1غ إلى 8غ في المختبر، ووجدوا أن الاتجاه الذي لوحظ في أقل من 1غ كان متسقا مع الاتجاه فوق 1غ، والذي “أثبت تجريبيا أنه يمكن استخدام منصات الجاذبية العالية للتنبؤ بسلوك التحليل الكهربائي في الجاذبية القمرية، وإزالة قيود الحاجة إلى ظروف الجاذبية الصغرى المعقدة. كما وجدنا أنه وقع إنتاج 11% أقل من الأكسجين في الجاذبية القمرية، إذا وقع استخدام نفس معايير التشغيل المستخدمة على الأرض”.

وكانت متطلبات الطاقة الإضافية أكثر تواضعا عند نحو 1%. وتوضح هذه النتائج أن الكفاءة المنخفضة في بيئات الجاذبية الصغرى يجب أن تُؤخذ في الاعتبار عند التخطيط لميزانيات الطاقة أو إخراج المنتج لنظام يعمل على القمر أو المريخ.