Космическите агенции и частните компании вече разработват реални планове за изпращането на хора на Марс през следващите няколко години, с което ще започне неговата колонизация. А с увеличаването броя на откритите подобни на Земята планети, космическите пътешествия ще стават все по-актуални и ще е необходим много кислород.Но оцеляването в космоса за дълъг период от време не е лесно за хората. Един от основните проблеми на космическия полет на големи разстояния е транспортирането на достатъчно големи количества кислород за дишане и достатъчно гориво. Необходима е и енергия за работата на сложната електроника. В космоса почти няма кислород и той трябва да бъде взет от Земята.
Но новата научна работа, публикувана в Nature Communications, показва, че е възможно производството на водород (за гориво) и кислород (за дишане) от водата. Използва се специализиран полупроводников материал, слънчева (или звездна) светлина и безтегловност. Новото откритие прави далечните космически пътешествия по-реални.
Използването на неограничения ресурс на Слънцето в нашия ежедневен живот е една от глобалните задачи пред човечеството. Ние постепенно се отказваме от нефта и преминаваме към възобновяеми източници на енергия. Във връзка с това, учените извършват редица експерименти за използването на водорода като гориво. Най-добрият начин за получаването на водород би бил разделянето на водата на нейните съставки водород и кислород. Това е възможно чрез процеса, познат като електролиза – преминаването на електрически ток през водата, в която има малки количества разтворим електролит (например готварска сол). При пропускането на електрически ток водата се разпада на атоми кислород и водород, всеки от които се отделя на своя електрод.
Този метод е технически възможен и е познат от десетки години. Но все още не е леснодостъпен за Земята, понеже е необходима повече инфраструктура за водорода. Например станции за зареждането на водород.
Но електролизата не може да се използва в космоса, понеже процесът изисква твърде много енергия. А в космоса енергията е изключително скъпа.
Водородът и кислородът, получени от водата, могат да се използват като ракетно гориво. А неотдавна бе създадена нова технология за разделянето на водата на кислород и водород.
Предложен е фотокатализатор, който работи чрез поглъщането на фотони от полупроводников материал, поставен във вода. Енергията на фотона избива електрон от материала и оставя след себе си „дупка“. Този свободен електрон може да взаимодейства с протоните във водата и да образува водороден атом. В същото т време „дупката“ може да погълне електрони от водата, което е съпроводено с образуването на протони и кислородни атоми.
Процесът може да протича и в обратна посока. Водородът и кислородът могат да бъдат рекомбинирани (обединени) с използването на горивна клетка, при което ще бъде отделена изразходваната за фотокатализата енергия и ще се образува вода. Ето защо, тази технология е реален ключ за далечните космически пътешествия.
Използването на фотокатализатори е най-добрият вариант за космическите пътешествия, понеже необходимото оборудване тежи многократно по-малко, отколкото оборудването за електролиза. И още, ефективността на работа на тази технология в космоса е много по-висока, понеже на Земята значителна част от слънчевата светлина се поглъща или отразява по пътя до повърхността на планетата.
При един от опититее с новата технология, експерименталната апаратура е пусната от кула с височина 120 метра. По този начин се имитира микрогравитация. Условията са много подобни на условията на Международната космическа станция.
При тези условия, водата наистина се разделя на водород и кислород. Но това са газове и при процеса се образуват мехурчета. На Земята, гравитацията кара мехурчетата да изплуват на повърхността, като по този начин се освобождава пространството на катализатора, за образуването на следващите мехурчета.
Но в безтегловност това е невъзможно и мехурчетата газ си остават на катализатора. Този проблем е решен чрез създаването на миниатюрни пирамидални зони, където мехурчето лесно се откъсва от върха на пирамидата и попада във водата, без да пречи на процеса на образуването на нови мехурчета.
Остава още един проблем. Когато няма гравитация, мехурчетата си остават в течността, въпреки че са напуснали катализатора. Без гравитация, мехурчетата не се издигат на повърхността и образуват нещо като пяна.
Това рязко снижава ефективността на процеса. Електродите и катализаторите остават блокирани. Сега се разработват решенията за използването на центробежна сила като изкуствена гравитация.
И така, благодарение на новото изследване бе направена още една стъпка към дългите космически полети на хората.