Несмотря на то, что в космосе есть кислород, основная его часть существует не в той форме, который мы привыкли дышать — молекулярным кислородом, или O2. Специалисты Калифорнийского технологического института (Калтех) заявляют, что создали реактор, позволяющий перерабатывать диоксид углерода в молекулярный кислород, что в перспективе может не только помочь в борьбе с климатическими изменениями на Земле, но еще и наладить производства кислорода в космосе. Об этом сообщает статья, опубликованная журналом Nature Communications.
Дефицит кислорода является одним из самых главных препятствий в освоении дальнего космоса. Земля – это единственное место, где объемы этого газа достаточны для выживания человечества, но необходимость брать с собой большие запасы этого важного для жизни элемента в дальние космические полеты будет очень затратной и непосильной задачей. Например, на той же Международной космической станции запаса кислорода восполняются за счет электролиза воды (разложения ее на водород и кислород). Этим на МКС занимается система «Электрон», расходующая 1 кг воды на человека в сутки. Запасы кислорода также время от времени пополняются в ходе грузовых миссий к орбитальной станции. Есть мнение, что когда начнется терраформирование Марса, электролиз станет одним из способов добычи кислорода для марсианских колонистов, однако технологий таких у человечества пока нет, поэтому думать об этом рано.
Поэтому ученые из Калтеха решили найти в рамках своего исследования иной метод производства кислорода. В итоге они пришли к созданию реактора, который, если говорить простыми словами, берет и удаляет из формулы «CO2» (диоксида углерода) «С» (углерод), оставляя только кислород. Исследователи обнаружили, что если разгонять и ударять молекулы диоксида углерода об инертные поверхности, такие как золотая фольга, то их можно расщепить на молекулярный кислород и атомарный углерод.
Ученые говорят, что их реактор работает по принципу ускорителя частиц. Сперва молекулы CO2 в нем ионизируются, а затем ускоряются с помощью электромагнитного поля, после чего сталкиваются с золотой поверхность. В текущей форме установка обладает весьма низким КПД: на каждые 100 молекул CO2 она способна производить порядка одной-двух молекул молекулярного кислорода. Однако исследователи обращают внимание на то, что их реактор доказал, что данный концепт производства кислорода действительно возможен и в будущем может стать масштабируемым.
Исследователи поясняют, что подобная реакция производства кислорода в космосе может происходить и естественным образом. Разработка концепта началась с попытки объяснить неожиданное открытие молекулярного кислорода на кометах. После того, как космический аппарат «Розетта» обнаружили газ, вырывающийся с поверхности кометы 67P/Чурюмова — Герасименко, ученые изначально предположили, что этот кислород находился в ней замороженном состоянии миллиарды лет, фактически со времен формирования Солнечной системы, то есть в течение примерно 4,6 миллиарда лет. Но эта гипотеза оставалась до сих пор весьма спорной, поскольку такой «замороженный» молекулярный кислород должен был обладать весьма высоким химическим потенциалом и вступать во взаимодействия с другими компонентами вещества кометы, согласно мнению ряда ученых.
Однако в 2017 году команда Колтеха предложила другое объяснение. Профессор Калифорнийского технологического института и специалист по молекулярному инжинирингу Константинос Гиапис обратил внимание на химические реакции, протекающие на поверхности кометы 67P/Чурюмова — Герасименко, поскольку они показались ему весьма похожими на те реакции, которые он изучал в лаборатории на протяжении свыше 20 лет. Ученый предположил, что хорошо изученный им механизм, состоящий в том, что атомарный кислород вещества кометы превращается в молекулярный кислород под действием бомбардирующих поверхность молекул воды, также содержащих один атом кислорода, хорошо применим в сфере астрофизики для объяснения данных, полученных учеными миссии «Розетта». Это и вдохновило ученых на разработку реактора.
В будущем реактор может использоваться для производства кислорода для астронавтов, которые будут летать на Луну, Марс и за их пределы. На Земле подобная установка с учетом масштабов тоже может оказаться весьма полезной, ведь она сможет снижать концентрации диоксида углерода в атмосфере и перерабатывать их в кислород, тем самым помогая в борьбе с глобальными климатическими изменениями. Однако ученые отмечают, что для практической фазы их установка пока не готова.
«Окончательное ли это устройство? Нет. Может ли это устройство решить вопрос с Марсом? Нет. Однако это устройство доказывает один ранее предложенный концепт, казавшийся невозможным», — прокомментировал Константинос Гиапис, глава исследовательского проекта.