الأكسجين المغناطيسي.. دراسة جديدة تكشف عن طريقة مبتكرة لتعزيز إنتاج الأكسجين في الفضاء بكفاءة فائقة

إنتاج الأكسجين بكفاءة وموثوقية في الفضاء يمثل تحديًا رئيسيًا بسبب انعدام الوزن والحاجة إلى أنظمة خفيفة وفعالة؛ حيث تعتمد محطة الفضاء الدولية على أجهزة ثقيلة تستهلك الكثير من الطاقة ولا تناسب المهام الفضائية الطويلة الأمد، لذلك طور فريق من جامعة وارويك، مركز ZARM في جامعة بريمن، ومعهد جورجيا للتكنولوجيا حلاً بسيطًا يعتمد على الاستخدام الذكي للمغناطيسية لجعل إنتاج الأكسجين أبسط وأكثر استدامةً وأقل استهلاكًا للطاقة.

كيف تسهم المغناطيسية في تحسين إنتاج الأكسجين في الفضاء؟

يعتمد إنتاج الأكسجين حاليًا في الفضاء على التحليل الكهربائي للماء، حيث يتم تفكيك جزيئات الماء إلى هيدروجين وأكسجين عبر أقطاب كهربائية داخل محلول إلكتروليتي، لكن في حالة انعدام الوزن، لا ترتفع فقاعات الغاز لأعلى كما يحدث على الأرض، بل تبقى ملتصقة بالأقطاب وتتعطل دورة الفصل، مما يجعل إدارة السوائل معقدة ويستلزم وجود أنظمة ضخمة وثقيلة تستهلك الطاقة، وهو أمر غير عملي للرحلات الفضائية الطويلة التي تتطلب معدات خفيفة وموثوقة. بناءً على ذلك، برز الحل الذي قدمه فريق جامعة وارويك ومركز ZARM ومعهد جورجيا للتكنولوجيا، حيث برهنوا أن المجالات المغناطيسية يمكنها فصل فقاعات الغاز دون الحاجة إلى أجزاء ميكانيكية متحركة أو طاقة إضافية؛ إذ أن استخدام المغناطيسات الدائمة يؤدي إلى نظام سلبي منخفض الصيانة، يجمع الفقاعات بعيدًا عن الأقطاب الكهربائية بطريقة بسيطة وفعالة.

التقنيات الجديدة لفصل فقاعات الأكسجين بواسطة الطور المغناطيسي

اعتمد الابتكار في فصل فقاعات الأكسجين على تطوير نظام يعمل بالمغناطيسات الدائمة، الهدف منه دفع الفقاعات بعيدًا عن الأقطاب الكهربائية وجمعها في نقاط مخصصة، حيث طور الفريق نهجين متكاملين لتحسين فصل الغاز عن السائل: النهج الأول يستخدم استجابة الماء الطبيعية للمجالات المغناطيسية في بيئة الجاذبية الصغرى لتوجيه الفقاعات نحو نقاط التجميع، بينما يعتمد النهج الثاني على القوى المغناطيسية الهيدروديناميكية الناتجة عن التفاعل بين المجالات المغناطيسية والتيارات الكهربائية أثناء التحليل الكهربائي، محدثًا حركة دورانية تجعل الفقاعات تنفصل عن الماء بفعل التأثيرات الحرارية للحمل، وهذا الفصل الطوري يحاكي آلية أجهزة الطرد المركزي الميكانيكية ولكن دون الحاجة للحركة الميكانيكية المعقدة.

أهمية استخدام القوى المغناطيسية في إنتاج الأكسجين لمهام الفضاء طويلة الأمد

تكمن ميزة استخدام القوى المغناطيسية في بساطتها وفعاليتها في بيئات انعدام الوزن، إذ لم يعد هناك حاجة لأنظمة ضخمة أو مستهلكة للطاقة، وهو عامل حاسم لأن إدارة الوزن واستهلاك الطاقة في الرحلات الفضائية يمثلان عنصرين محدودين وضروريين للحفاظ على استمراريتها، وقد أكد الدكتور ألفارو روميرو كالفو من معهد جورجيا للتكنولوجيا قدرة هذه القوى على التحكم الفعال في تدفقات الفقاعات ضمن ظروف الجاذبية المنخفضة، ما يجعله تطورًا كبيرًا في هندسة أنظمة دعم الحياة، وبالتالي تمهيد الطريق لهياكل رحلات الفضاء البشرية المستقبلية بشكل أكثر أمانًا واقتصادية.

• فصل فقاعات الأكسجين باستخدام المجالات المغناطيسية دون أجزاء متحركة
• تقليل استهلاك الطاقة مقارنة بالأنظمة التقليدية
• تصميم أنظمة أخف وأكثر استدامة تناسب مهام الفضاء طويلة الأمد
• استخدام نظام سلبي منخفض الصيانة لزيادة الاعتمادية
• محاكاة فاعلية أجهزة الطرد المركزي عبر القوى المغناطيسية الهيدروديناميكية