Магнитные поля помогут эффективнее производить кислород в космосе

С момента первого полёта человека в космос в 1960-х годах одной из ключевых нерешённых проблем остаётся эффективное и надёжное производство кислорода в условиях невесомости. На Международной космической станции эту задачу решают с помощью громоздких и энергоёмких систем, которые не подходят для длительных миссий.

Международная команда исследователей из Университета Уорика, Центра прикладных космических технологий и микрогравитации (ZARM) при Университете Бремена и Технологического института Джорджии предложила простое и элегантное решение — использовать магнетизм для более лёгкого, простого и устойчивого производства кислорода.

«Мы доказали, что нам не нужны центрифуги или какие-либо механические движущиеся части для отделения производимого водорода и кислорода от жидкого электролита. Нам даже не требуется дополнительное питание. Это полностью пассивная, не требующая обслуживания система», — заявила профессор Катерина Бринкерт, почётный профессор Университета Уорика и директор ZARM.

Обычно кислород в космосе производят методом электролиза воды, который разделяет её на водород и кислород с помощью электродов, погружённых в электролит. Однако в условиях невесомости газовые пузырьки не поднимаются вверх, а прилипают к электродам и остаются в жидкости. Это требует сложной, громоздкой и энергозатратной системы управления жидкостями, что непрактично для длительных миссий, где важен каждый килограмм оборудования и каждый ватт энергии.

Учёные продемонстрировали, что простое магнитное поле может отделять газовые пузырьки от электродов в условиях микрогравитации (эксперименты проводились в Бременской башне для экспериментов в невесомости) без использования громоздкого оборудования. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Chemistry.

«Наша команда доказала, что магнитные силы могут эффективно управлять электрохимическими потоками пузырьков в условиях микрогравитации, что открывает новые возможности для будущих пилотируемых космических миссий», — отметил доцент Альваро Ромеро-Кальво из Технологического института Джорджии.

Используя обычные постоянные магниты, исследователи разработали пассивную систему разделения фаз, которая отталкивает пузырьки от электродов и собирает их в заданных точках.

Команда применила два подхода: первый использует естественную реакцию воды на магниты в невесомости, направляя пузырьки к точкам сбора, а второй — магнито-гидродинамические силы, возникающие при взаимодействии магнитных полей с электрическими токами электролиза. Это создаёт вращательное движение жидкости, отделяющее газовые пузырьки от воды, подобно центрифугам на МКС, но без механического вращения.

Эксперименты подтвердили, что магнитные силы могут улучшить отделение пузырьков и повысить эффективность электрохимических ячеек на 240%.

«Наши разработки позволяют производить водород и кислород из воды методом электролиза в условиях микрогравитации с эффективностью, близкой к земной», — заявил научный сотрудник ZARM Омер Акчай.

Это открытие решает давнюю инженерную проблему космических полётов и открывает путь к созданию более простых, надёжных и устойчивых систем жизнеобеспечения для освоения космоса. Следующим шагом станут испытания системы на суборбитальных ракетных полётах.

Подробнее: Ömer Akay et al, Magnetically induced convection enhances water electrolysis in microgravity, Nature Chemistry (2025). DOI: 10.1038/s41557-025-01890-0