ماموریت های فضایی طولانی مدت و فرآیند تولید اکسیژن برای فضانوردان

در همان سیاره ای که زندگی ما در آن تکامل یافته است، سوخت و آب شیرین فراوان، گیاهان و حیوانات برای غذا و فضایی با اکسیژن فراوان داریم. با این حال، ما برنامه هایی پر تلاطم برای فرستادن انسان ها به خارج از کره زمین داریم. در دهه‌های آینده، انسان‌ها تصمیم خواهند گرفت تا منظومه شمسی ما را با جزئیات بیشتر از همیشه کشف کنند. ما برنامه‌هایی برای ایجاد پایگاهی روی ماه از طریق ماموریت آرتمیس ناسا و حتی ارسال اولین افراد به مریخ داریم.

هیچ اکسیژنی در فضا وجود ندارد. بنابراین، دانشمندان و مهندسان باید دریابند که چگونه می‌توانند به بهترین وجه منابع حیاتی را برای افرادی که برای اولین بار پا در این جهان‌های خارجی گذاشته‌اند، فراهم کنند. تولید و بازیافت سوخت‌های مرکزی برای سیستم‌های حمایت از زندگی انسان کلیدی خواهد بود، زیرا ممکن است ماموریت‌های تامین مجدد یا استخراج منابع ممکن نباشد. دستگاه متداول مورد استفاده در تولید اکسیژن و هیدروژن در فضا، الکترولیز آب است. از الکتریسیته برای تقسیم آب به اکسیژن و هیدروژن استفاده کرده و در نتیجه انرژی الکتریکی را به انرژی شیمیایی تبدیل می کند که می تواند به عنوان سوخت یا منبع اکسیژن استفاده شود. با این حال، در یک مطالعه جدید، محققان قابلیت استفاده از یک دستگاه فوتوالکتروشیمیایی (PEC) را به عنوان سیستم اولیه برای ایجاد هیدروژن و سوخت در فضا بررسی کردند.

کاترینا برینکرت از دانشگاه وارویک، یکی از نویسندگان این مطالعه می‌گوید: ((دستگاه PEC به‌عنوان یک دستگاه فتوسنتز مصنوعی عمل می‌کند و فرآیندهای جذب نور، جداسازی بار و کاتالیز را به روشی مشابه فتوسنتز طبیعی یکپارچه می‌کند)). دستگاه‌های جدید ممکن است هنگام ارسال محموله‌ها از زمین به مدار فضا، وزن و اندازه را کاهش دهند، به طور بالقوه نسبت به سیستم‌های قبلی که به الکترولیز آب متکی بودند، وسیله‌ای کارآمدتر از انرژی برای ایجاد اکسیژن و هیدروژن ارائه می‌کنند.

برینکرت می‌گوید: «به‌علاوه، آنها می‌توانند تولید اکسیژن را با «حذف» کربن دی‌اکسید و تولید سوخت ترکیب کنند، یک مزیت بزرگ. ما نشان داده‌ایم که وقتی آنها با متمرکزکننده‌های خورشیدی ترکیب می‌شوند، در واقع امکان مناسبی را برای کاربردهای فضایی فراهم می‌کنند.»

یکی از این تجهیزات، آزمایش استفاده از منابع اکسیژن در مریخ توسط MOXIE، یک ماژول تولید کننده اکسیژن در یکی از مریخ نوردهای، مریخ است. MOXIE کربن دی اکسید اتمسفر مریخ را مستقیماً با استفاده از دستگاه الکترولیز به اکسیژن تبدیل می کند، اگرچه بازده اکسیژن آن نسبتاً کم بوده است. محققان همچنین در حال بررسی راه های ممکن برای استخراج اکسیژن از خاک مریخ و ماه هستند. اما آنها همچنین با چالش های مهمی مانند اجتناب از مواد شیمیایی سمی موجود در خاک روبرو هستند.

سیستم‌های پشتیبانی از حیات در ایجاد اکسیژن متوقف نمی‌شوند، علاوه بر تولید هوای قابل تنفس و ایجاد سوخت، سفر به مریخ به یک سیستم بازیافت فاضلاب کارآمد و راهی برای تامین مواد محلی برای تعمیر تجهیزات نیز نیاز دارد.

ما همچنین باید شرایطی را در نظر بگیریم که از طریق آنها روانشناسی انسان می تواند بقا و شکوفا شود، خارج از شرایطی که تنها برای بقای فیزیولوژیکی ما مناسب است. ناسا در حال انجام شبیه‌سازی‌های مریخ است تا ببیند مردم چگونه در فضاهای محدود و دورتر از هر کسی که تا به حال بوده است، رفتار می‌کنند. وقتی بالاخره فناوری ای را توسعه دادیم که نیازهای لجستیکی، فیزیکی و روانی ما را برآورده می کند، به واقعیت نزدیک تر به اکتشاف خود در جهان های دیگر خواهیم بود.