• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
09.02.2022, 21:35
Даниил Сухинов
10
35,3 тыс

Оценена эффективность производства кислорода на Луне и Марсе

❋ 4.0

Исследователи из Великобритании выяснили, как пониженная гравитация на Луне и Марсе повлияет на эффективность получения кислорода методом электролиза. Результаты работы помогут повысить надежность систем жизнеобеспечения при проектировании пилотируемых космических миссий на другие планеты и спутники.

Сравнение пузырьков газа, образующихся при разной силе тяжести.
Сравнение пузырьков газа, образующихся при разной силе тяжести. / ©Lomax B. A., et al., Nature Communications, 2022 / Автор: Дмитрий Жуков

Для создания пригодных для жизни поселений за пределами Земли необходимо иметь надежный источник кислорода. Он понадобится не только для жизнеобеспечения астронавтов, но и для получения топлива для метан-кислородных двигателей (например, того же Starship Илона Маска). Электролиз давно рассматривают как наиболее привлекательный метод получения кислорода на Луне и Марсе из водного льда, который, как известно, присутствует на поверхности этих тел.

Сам процесс получения кислорода методом электролиза может показаться довольно простым: через электролит (например, лунный или марсианский водный лед) пропускается электрический ток, и в результате проходящих на электродах реакций выделяются кислород и водород. Однако есть тонкость: от того, как ведут себя пузырьки кислорода, образующиеся на электродах, сильно зависит электрохимическая эффективность всего процесса.

Схематическое сравнение распределения пузырьков газа на электроде при низкой (слева) и высокой (справа) силе тяжести. В случае более низкой гравитации пузырьки будут больше прилипать к поверхности, увеличивая сопротивление и перенапряжение по сравнению с системой с более высокой гравитацией, где пузырьки быстрее отрываются от электрода, уменьшая сопротивление в системе и снижая перенапряжение.
Схематическое сравнение распределения пузырьков газа на электроде при низкой (слева) и высокой (справа) гравитации. В случае более низкой гравитации пузырьки будут больше прилипать к поверхности, увеличивая сопротивление и перенапряжение по сравнению с системой с более высокой гравитацией, где пузырьки быстрее отрываются от электрода, уменьшая сопротивление в системе и снижая перенапряжение. / ©Lomax B. A., et al., Nature Communications, 2022

В теории при пониженной гравитации пузырьки газа могут дольше оставаться на поверхности электрода и создавать резистивный слой, тем самым снижая эффективность производства кислорода. Группа исследователей из Университета Манчестера и Университета Глазго (Великобритания) решила впервые экспериментально проверить эту гипотезу. Статья с результатами исследования опубликована в журнале Nature Communications.

Ведущий инженер проекта Гюнтер Джаст (Gunter Just) поясняет: «Мы спроектировали и построили небольшую центрифугу, которая создает различные уровни гравитации, в том числе соответствующие Луне и Марсу, и использовали ее в условиях микрогравитации во время параболического полета, чтобы устранить влияние гравитации Земли».

Согласно результатам исследования, электрохимическая ячейка будет производить на 11% меньше кислорода при работе в условиях лунной гравитации и на 6%, если будет работать при гравитации Марса. Тем не менее этот эффект можно компенсировать, повысив рабочий потенциал электродов, а значит и энергопотребление электролизера, изменив форму или структуру электродов или создав принудительную конвекцию в системе.

Ячейка из поликарбоната, в которой проходили эксперименты по электролизу при различной силе тяжести. / ©Lomax B. A., et al., Nature Communications, 2022

«Требуемая дополнительная мощность была более скромной и составляла около 1%, — отметил Джаст. — Эти значения относятся только к небольшой испытательной камере, но демонстрируют, что снижение эффективности в условиях низкой гравитации необходимо учитывать при расчете необходимой мощности или количества произведенного кислорода для системы, работающей на Луне или Марсе».

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
25 июля, 10:46
Александр Березин

Формально почти вся программа тринадцатого полета самой большой ракеты в истории выполнена. Однако испытания показали неполную отлаженность ключевого элемента системы. SpaceX оказывается в ситуации действительно плотных сроков: до намеченного возвращения людей на Луну всего два года и два месяца.

24 июля, 11:13
Игорь Байдов

Правильно подобранные звуковые последовательности способны не только стимулировать рост растений, но и влиять на их урожайность. К такому выводу пришли авторы нового исследования. Они разработали технологию, которая позволяет воздействовать на процессы развития растений через акустические сигналы без использования генной инженерии или химикатов. В экспериментах добились повышения урожайности мяты, сои, болгарского перца и конопли.

23 июля, 14:22
ПНИПУ

Психотерапия сегодня — один из главных инструментов не только психологической помощи, но и развития личности, повышения качества жизни и самореализации. Все больше людей обращаются к психотерапии, чтобы раскрыть свой потенциал, укрепить внутренние ресурсы, достигать поставленных целей, справляться с жизненными вызовами. Однако вопрос о том, какие факторы обеспечивают ее эффективность, до сих пор остается открытым. Успех зависит как от объективных, так и от субъективных факторов: качества психотерапевтического альянса, личности специалиста, его эмпатии, опыта, уровня мотивации и рефлексии клиента. Однако субъективные сложно измерить и предсказать. Ученая Пермского Политеха выявила и обосновала новый объективный фактор успешной психотерапии. Это открытие дает специалистам новый четкий ориентир, а также обеспечивает возможность точнее выстраивать работу с клиентом.

19 июля, 20:09
Александр Березин

Очереди на заправках стали привычным явлением в России, а на фоне информационного вакуума от властей о конкретных показателях производства бензина в июне население вынуждено ориентироваться на слухи. Все это выглядит довольно странно, но есть нюанс: скорее всего, кризис уже начинает выдыхаться. Как именно мы это выяснили?

20 июля, 14:11
Татьяна Зайцева

В позднеантичном Риме императорским указом мужчинам запретили носить длинные волосы. Автор нового исследования пришел к выводу, что введение этого запрета объяснялось необходимостью сохранения римской идентичности в условиях усиливающегося распада империи и нарастающего торжества варваров.

22 июля, 15:33
Александр Березин

Виктор Гловер, один из четырех человек, весной этого года пролетевших мимо Луны, выступил на конференции NASA и предложил резко изменить план высадки американцев на Луне в конце десятилетия. Он считает, что это позволит снизить риски для астронавтов-участников миссии.

9 июля, 13:06
Редакция Naked Science

Видеосервисы стали неотъемлемой частью жизни россиян. В 2026 году охваты большинства платформ продолжают расти, в том числе YouTube.

26 июня, 14:54
Максим Абдулаев

Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.

1 июля, 11:54
Марк Чернов

Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.

[miniorange_social_login]

Комментарии

10 Комментариев
VE4ER DOBR
22.02.2022
Может использовать подобие центрифуги?
Уф, ученые чего-то запарились. Даю справку - При понижении температуры на 10 градусов Цельсия любая хим реакция на Земле затормаживается в 2 раза. Источник - Занимательная физика Я.И.Перельмана, издана первый раз ишо до ВВ2. Реальная зависимость конечно сложнее, но она тоже прямо пропорциональная, изложена в "Энциклопедии химии для детей", Аванта, 2000 г. То, что на Марсе и Луне холоднее, чем на Земле, можно узнать из вики. адрес вики приводить не буду, думаю. ученые как-нибудь его найдут. В общем, хреново будут течь реакции на Марсе и Луне, можно не сумлеваться. И даже не принимая в расчет гравитацию.
    Температура в ячейке электролиза будет отличаться на Земле и Марсе не больше, чем в земном жилище и на МКС. То есть практически не будет отличаться совсем, причем просто за счет паразитного нагрева. Так что Перельман и падение скорости реакций с температурой тут ни при чем -- а ученые вовсе не "запарились".
    +
      Еще 5 ответов
      Собираетесь делать электролиз на Марсе в закрытых и отапливаемых помещениях ? О, месье знает толк в извращениях, и способах самоубийств.
        Знания химии за восьмой класс, в принципе, достаточно, чтобы понять, почему электролиз на Марсе возможен только в закрытых помещениях. Законы природы не позволяют иного, да и опасного в это, разумеется, ничего нет (в закрытых же помещениях его ведут и на Земле). А насчет отопления -- вы, видимо, не прочитали, поэтому повторю: "причем просто за счет паразитного нагрева". Который при электролизе неизбежен.
          да и опасного в это, разумеется, ничего нет
          конечно нет. Моя мамаша в юные годы зрение полностью потеряла на химзаводе, слава богу, что только временно, потом оно вернулось. Метиловый спирт - этот такая штука...Утечка произошла из ректификационной колонны. Химзаводы не так устроены, как вы воображаете (и учебник химии тоже).На химзаводах не только станок электролизный стоит, там обычно целые цепочки всякого барахла и хлама. И все это течет, свищет, выпускает газы и всякую пакость. На Земле химзаводы всю свою токсичную начинку располагают на открытой промплощадке, шоб не травить людей в цехах. Наверное видели эти выпущенные наружу кишки всяких химпроизводств, в т.ч. например нефтебензиновые. Что такое открытая промплощадка на Марсе, я не знаю - вам, да и ученым из статьи, наверное видней. И возможно ли она вообще - мне тодже неведомо. Теория химич пр-ва в условиях отличных от земных, разумеется, давным давно разработана Бутлеровым, Менделеевым, Бунзеном, Ломоносовым и иже с ними. Они ведь заранее подумали от нас (сарказм). Исключение - химпроизводство фармы обычно закрытое, и пищевое. Остальное сразу от греха выносят в атмосферу. Нашел я этот заводик, кстати, прошу любить и жаловать - Новочеркасский химзавод -- https://urban3p.ru/object17366
            "конечно нет. Моя мамаша в юные годы зрение полностью потеряла на химзаводе, слава богу, что только временно, потом оно вернулось. Метиловый спирт - этот такая штука...Утечка произошла из ректификационной колонны." Вы реально не знаете, что метиловый спирт и электролиз воды -- это про разные вещи? "Химзаводы не так устроены, как вы воображаете" Я родился и вырос рядом с несколькими химзаводами разных профилей, и много раз бывал там с самого детства. Поэтому вы не на том углу ваш митинг открыли. Комментировать ваши фантазии смысла нет, потому что вы не можете назвать химпроцесс при электролизе воды, который бы требовал сброса чего бы то ни было во внешнюю среду. А не можете вы это сделать потому, что не знаете химию. Эрго, тут нужно просто забить, что я и делаю.
            Вот конкретно реакция электролиза воды чем вас так напугала? Откуда там возьмется "токсичная начинка", метиловый спирт и прочие ужасы химзаводов? Я понимаю ваше личное нежелание лететь на Марс, жизнь там и правда будет не сахар, но зачем так передергивать в попытках доказать что полет туда вообще невозможен? По принципу "сам не полечу и другим не дам"? 🙄
Почему микрогравитация? Это вызывается невесомость