W kosmosie nic nie jest proste. Nawet czynność tak podstawowa jak wytwarzanie tlenu z wody potrafi stać się wyzwaniem. Klasyczna elektroliza – proces rozkładu wody na wodór i tlen – na Ziemi działa niemal bezobsługowo. Wystarczy prąd i elektrody. W warunkach mikrograwitacji sprawa się komplikuje. Pęcherzyki gazu, które normalnie wypływają ku powierzchni, w przestrzeni kosmicznej zostają przyklejone do elektrod. To blokuje dalszą reakcję i sprawia, że system staje się zawodny. W sytuacji, gdy mówimy o misjach wielomiesięcznych, każda taka bariera staje się ogromnym problemem.
Na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej stosuje się system, który wprowadza wodę w ruch wirowy, by oderwać te pęcherzyki. Działa skutecznie, ale ma swoje wady: zajmuje sporo miejsca, wymaga dodatkowych elementów mechanicznych i zwiększa ryzyko awarii. W przestrzeni kosmicznej, gdzie każdy kilogram kosztuje fortunę, a konserwacja urządzeń jest ograniczona, to poważne ograniczenie.
Uproszczenie technologii staje się więc celem samym w sobie. Zwłaszcza że plany sięgają dalej niż ISS – w stronę Marsa i jeszcze dalej. Tam niezawodność systemów podtrzymywania życia jest podstawą. Jeden problem może spowodować, że cała misja pójdzie w piach.
Nie trzeba było lecieć w kosmos, by sprawdzić tę hipotezę. Wystarczyła wieża zrzutowa w Bremie, jedno z nielicznych miejsc na świecie, gdzie można badać procesy w warunkach niemal zerowej grawitacji. Kapsuła wystrzelona na wysokość 120 metrów to cenne kilka sekund swobodnego spadku – i właśnie wtedy można testować takie rozwiązania. W doświadczeniu z magnesami pęcherzyki gładko odpływały od elektrod, tworząc uporządkowane strumienie. Bez magnesów – znów zatykały powierzchnię. To potwierdza intuicję naukowców: nawet w środowisku tak trudnym jak mikrograwitacja prawa fizyki można wykorzystać na swoją korzyść.
Dlaczego to działa? Cóż, odpowiadają za to dwa efekty. Pierwszy to wspomniana diamagnetyczność wody – to pozwala na delikatne odpychanie cieczy od magnesu. Drugi ujawnia się, gdy do wody dodamy kwas. Wtedy powstają jony, które w polu magnetycznym doświadczają siły prostopadłej do swojego ruchu. Wtedy płyn zaczyna wirować, a wraz z nim pęcherzyki gazu. Takie środowisko można wykorzystać, by kierować je w jedno miejsce – na przykład do komory zbiorczej. Dla inżynierów to akurat dodatkowa szansa na projektowanie bardziej wydajnych systemów, które nie tylko generują tlen, ale też pozwalają lepiej kontrolować przepływy w zamkniętych instalacjach.
Pomysł fajny, ale co z wdrożeniem? To już nie jest takie proste. Magnesy muszą być odpowiednio rozmieszczone, a system musi zachować stabilność przy długotrwałej pracy. "Na górze" liczy się także odporność na promieniowanie kosmiczne i ekstremalne temperatury. Naukowcy będą musieli opracować prototypy, które wytrzymają lata bez jakiegokolwiek serwisu. Prostota konstrukcji oznacza znaczące obniżenie masy i zużycia energii – a to w misjach międzyplanetarnych parametry o wadze krytycznej.
Dlaczego to odkrycie jest ważne? Bo prostota w kosmosie jest walutą równie cenną jak tlen. Im mniej ruchomych części, tym mniejsze ryzyko awarii. Magnesy nie zużywają się, nie wymagają serwisu i mogą działać latami. Jeśli uda się je wdrożyć do systemów elektrolizy, astronauci zyskają lżejsze i bardziej niezawodne źródło tlenu. A to oznacza krok bliżej do misji, które nie tylko odwiedzą Marsa, ale też pozwolą tam zostać. Czasami wystarczy odrobina nieszablonowego myślenia i... mamy coś naprawdę genialnego!
