Важней всего погода… на МКС!

Важней всего погода... на МКС! Кислород

А на луне можно также?

Предположительно да, ведь, как оказалось, в лунной почве содержится огромное количество кислорода. Исследования показывают, что около 45% веса пыли и камней — это чистый кислород.

Группа учёных из Metalysis и Университета Глазго предлагает перерабатывать лунный грунт, побочным эффектом чего станет железо и другие металлические порошки. Сообщается, что добыча собственного кислорода позволит ускорить создание колонии на Луне, а также значительно упростит доставку полезных грузов колонистам.

Отмечается, что материал лунной поверхности почти наполовину состоит из кислорода. Исследователи впервые продемонстрировали пригодный способ его выделения: им удалось добиться выхода почти 100% элемента, а оставшийся продукт был сплавом металлов, то есть также ценным ресурсом.

Добытый кислород можно смешать с другими газами, чтобы сделать его пригодным для дыхания. Также кислород можно использовать в качестве топлива, а Луну — как плацдарм для освоения дальнего космоса. В конце концов, полученное железо легко приспособить для строительства.

Новый метод даёт доступ к быстрой и экономичной добыче кислорода, необходимого для поддержания жизнедеятельности на Луне. Кроме того, металл, получаемый в результате реакции, можно будет использовать для производства на месте.

Как мы будем дышать на марсе?

Выполнение будущей миссии НАСА может занять около пяти лет. Ученые планируют высадить астронавтов на Марс в 2030-х годах. Для этого необходимо достаточное количество кислорода и топлива. 

В организации создали экспериментальную установку Mars Oxygen ISRU Experiment (MOXIE). Эта система находится в стадии тестирования на марсоходе Mars Perseverance, который был запущен в июле.

Аппарат преобразует углекислый газ, составляющий 96% атмосферы Красной планеты, в кислород. На Марсе кислород составляет всего 0,13% атмосферы, в то время как атмосфера Земли содержит 21%. Фактически, система работает как деревья — втягивает марсианский воздух насосом, затем отделяет два атома кислорода от каждой молекулы углекислого газа (CO2).

Специалисты Вашингтонского университета предложили еще один способ, дополняющий MOXIE. Их технология позволяет добывать кислород из соленых озер на Марсе.  

Экспериментальную методику предложил профессор Виджай Рамани. Она подразумевает использование совершенно другого ресурса. Речь идет о соленой воде из озер, которые находятся под поверхностью Марса. Большая часть воды, которая существует на Марсе, представляет собой лед – как на полюсах, так и в средних широтах планеты.

Согласно технологии Рамани, устройство будет брать воду и расщеплять ее на водород и кислород. Соответствующее исследование профессора и его коллег было опубликовано в журнале PNAS.

Сейчас команда разработчиков тестирует маленькую версию MOXIE. Это поможет исследователям узнать, как ряд факторов окружающей среды, включая пыльные бури, ветры и песок, а также температуру углекислого газа, могут влиять на аппарат. Полномасштабная система по размеру будет немного больше, чем домашняя плита. Ее вес составит около 1000 кг.

Кислород в космосе

В 1998 г. фирма «Дженерал моторе» построила самый дорогостоящий электромобиль. Его начинка — 44 никель-металлгидрид-ные батареи, топливные ячейки и трехфазный электромотор мощностью 137 л. с., разгоняющий машину весом 1300 кг до 150 км/ч с общим пробегом 500 км от одной зарядки. Исходным топливом для электромобиля служит технический спирт — метанол. Смешиваясь с водой, спирт разлагается в испарителе на водород и двуокись углерода. Водород поступает в топливные ячейки и после ионизации вырабатывает электроэнергию, подпитывающую батареи. Данные ионы окисляются кислородом, содержащимся в воздухе, и превращаются в воду, которая используется на первой стадии цикла. Таким образом решается масса проблем, которые прежде делали автомобиль на электротяге столь непривлекательным: батареи не нужно заряжать от сети, а баки — заправлять взрывоопасным водородом. Правда, здесь есть одно «но». Аналогичные установки американцы используют в космосе. И цена их столь заоблачная, что о «гражданском» применении таких установок пока не может быть и речи.[ …]

В связи с тем, что за последнее время во многих странах мира проявляется повышенный интерес к изучению качества воды в водоемах и к процессам очистки сточных вод, проблеме автоматического определения концентрации растворенного кислорода в воде уделяется большое внимание. Несомненно, решению этой проблемы способствовали достижения приборостроения в области медицины и освоения космоса. Появилась необходимость в новых методах контроля содержания кислорода в крови человека и животных, а также в космических кораблях.[ …]

В магнитосфере, которая окружает Землю на высоте выше 800 км, наблюдается присутствие ионов атомарного кислорода (до 1000 км), ионов гелия (до 1500км) и ионов водорода — на высоте более 1500 км. Часть водорода (несколько тысяч тонн в год) может удаляться в космос. В свою очередь из космоса в атмосферу Земли поступают плазменные потоки, выбрасываемые Солнцем, и космическая пыль (примерно 2 г на 1 км2). Воздушный слой, окружающий Землю, служит передаточной средой, через которую на нее поступает солнечная радиация: радиоволны, инфракрасное, ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение (рис. 1-3).[ …]

Содержание растворенного кислорода — важнейшая характеристика сточных вод. Лабораторные методы (метод Винклера и др.) определения этого параметра давно уже не удовлетворяют практику. Потребовали«; не только экспрессные методы, но и непрерывное измерение, что возможно только при помощи автоматически действующей аппаратуры. Приборы для непрерывного измерения растворенного кислорода создавались прежде всего для нужд медицины, биологии и освоения космоса, затем они нашли широкое применение в области охраны окружающей среды.[ …]

Образ круговорота вещества в биосфере создает колесо водяной мельницы. Однако, чтобы колесо вертелось, нужен постоянный приток воды. Подобно этому, поток солнечной энергии, поступающей из космоса, крутит «колесо жизни» на нашей планете. В ходе биогеохимических циклов атомы большинства химических элементов проходили бесчисленное количество раз через живое вещество. Например, весь кислород атмосферы «оборачивается» через живое вещество за 2000 лет, углекислый газ — за 200—300 лет, а вся вода биосферы — за 2 млн лет.[ …]

Источниками существования живого в биосфере, или ее ресурсами, являются кислород, вода, почва, минералы, растительность, животные и др. Ресурсы делятся на неисчерпаемые и исчерпаемые (рис. 7.29). Неисчерпаемость Космоса, энергии Солнца, гравитации и многого другого в масштабе сроков эволюции человека в биосфере очевидна.[ …]

Важнейшей характеристикой сточной воды в процессах ее очистки от органических загрязнений и воды в водоемах является содержание растворенного кислорода. Несмотря на сравнительно медленное изменение этого параметра во времени, практику перестали удовлетворять лабораторные методы (определение методом Винклера и др.). Появилась потребность не только в экспрессных методах анализа воды на кислород, но и в непрерывном измерении его концентрации автоматически действующими приборами. Решению этой про блемы, несомненно, способствовали потребности биологии, медицины и освоения космоса. Были разработаны новые методы и приборы для контроля содержания кислорода в различных биологических средах, в крови человека и животных, а также в космических кораблях.[ …]

Ведь молекулы кислорода всегда готовы разъединиться на два очень активных кислородных атома, которые буквально бомбардируют органические молекулы, быстро вырывая из их рядов отдельные атомы — углерод, водород, азот, фосфор, железо, марганец, и вступает с ними в реакции с образованием простых неорганических соединений. Тепло этих реакций передается атмосфере, атмосфера излучает свое тепло в холодный открытый космос, окружающий Землю. Земля остывает, и жизнь на ней замирает…[ …]

Наконец, укажем также, что благодаря наличию кислорода в атмосфере сгорает (окисляется) огромное, исчисляемое миллионами тонн количество космического вещества (метеориты, кометы, и т.п.), пришедшего из Космоса. В противном случае постоянная бомбардировка поверхности планеты создала бы для живых организмов, в т.ч. и человека, множество проблем. Уместно вспомнить поверхность безатмосферной Луны, покрытую оспинами малых и больших кратеров.[ …]

Приборы для непрерывного измерения растворенного кислорода создавались прежде всего для нужд медицины, биологии и освоения космоса, затем они стали широко применяться в области охраны окружающей среды.[ …]

Озоносфера (озоновый экран), лежащая выше биосферы, в слое от 20 до 35 км, поглощая ультрафиолетовое излучение, гибельное для живых существ биосферы, образуется за счет кислорода, биогенного по происхождению, т.е. также созданного живым веществом Земли. Однако живое вещество если и проникает в эти слои в виде спор или аэропланктона, то в них не воспроизводится и концентрация его ничтожна. Заметим, что, проникая в эту оболочку Земли и еще выше, в космос, человек берет с собой в космический корабль как бы частичку биосферы, т.е. всю жизнеобеспечивающую систему.[ …]

Техника хроматографического анализа постоянных газов в смесях с другими легкими газами (Н2, 02, N2, СО, С02, COS, СН4, С2Н4, С3Н6) на уровне 10 4% с помощью катарометра описана в работе [219]. Газовую хроматографию очень часто используют при решении самых различных практических задач, связанных с необходимостью точного измерения содержания в воздухе СО и СОг: при анализе рудничной атмосферы [220, 221], воздуха шахт [222], отходящих газов доменных печей [223] и других анализах воздуха в металлургии [224] и при исследовании космоса [103, 225]. Применяя ультразвуковой детектор и две последовательно соединенные колонки с молекулярными ситами 5А и углеродными молекулярными ситами, можно одновременно определять в воздухе следовые концентрации кислорода, азота, оксидов углерода, азота и серы, а также метана и легких углеводородов [226].[ …]

Обычно эти явления объясняют общим происхождением вещества Космоса, но для Земли это сходство выявляется в гранитной оболочке, которая вовсе не отвечает составу планеты, а отвечает поверхностной пленке — биосфере (§ 61). Астрономы считают невозможным отход газовых частиц небесных тел, скорость движения которых меньше скорости отлета (§ 2). Мы знаем, что при этих условиях количество гелия на нашей Земле было гораздо больше, чем мы его наблюдаем. И. Г. Спенсер-Джонс объясняет это явление тем, что легкие газы, например, гелий или водород, сталкиваясь с тяжелыми атомами кислорода Ог, получают скорость, превышающую скорость отлета и вследствие этого могут уходить, хотя их молекулярная скорость меньше скорости отлета для Земли.[ …]

Вероятно, жизнь, меняя только форму, сама создала для себя необходимые условия (в частности, атмосферный кислород). Биосфера представляет собой единый организм. В жизни природы, в космосе не человек является главной целью мироздания. В мире нет человека и природы, нет человека и космоса, человека и Вселенной. Есть природа, космос, Вселенная, а человек — только их маленькая частица; единственная возможность для человека выжить — это подчиняться законам Вселенной. Как писал знаменитый английский философ XVII в. Фрэнсис Бэкон: «Мы не можем управлять природой иначе, как подчиняясь ей». В этом предназначение человека XXI в.[ …]

При оценке среднего химического состава живого вещества, по данным А. П. Виноградова (1975), В. Лархера (1978) и др., главные составные части живого вещества — это элементы, широко распространенные в природе (атмосфера, гидросфера, космос): водород, углерод, кислород, азот, фосфор и сера (табл. 2.5 , рис. 2.7 ).[ …]

Происхождение воды. Казалось бы, о воде человечество знает все. Тем не менее вопрос о происхождении воды на Земле до сих пор остается открытым. Одни ученые считают, что вода образовалась в результате синтеза водорода и кислорода, выделяющихся из недр Земли, другие, например академик О. Ю. Шмидт, считают, что вода на Землю привнесена из Космоса при образовании планеты.[ …]

Возможно, лучший способ представить себе экосистему — это задуматься о космическом путешествии. Покидая биосферу, мы должны взять с собой четко ограниченную закрытую среду, которая обеспечивала бы все наши жизненные потребности, а в качестве энергии, поступающей из окружающего пространства, использовать солнечный свет. Для путешествий, длящихся несколько дней или недель, например на Луну и обратно, нам не требуется полностью автономная экосистема, так как необходимый запас кислорода и пищи можно взять с собой, а углекислота и другие отходы могут быть на короткое время изолированы или обезврежены. Для более длительных путешествий, например на планеты Солнечной системы, или для полетов, имеющих целью основать колонии в космосе, потребуется закрытый или обладающий более полными системами регенерации космический корабль, на котором должны иметься все жизненно важные абиотические вещества и средства для их многократного использования. В нем должны осуществляться сбалансированные процессы продуцирования, потребления и разложения организмами или их искусственными заместителями. По сути дела, автономный космический корабль представляет собой микроэкосистему, включающую человека.[ …]

Можно ли производить кислород в космосе?

На МКС 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.

Ученые из Калтеха решили найти в рамках своего исследования иной метод производства кислорода. В итоге они пришли к созданию реактора, который 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.

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.

Соответственно ответ на этот вопрос, да, однако технические изыскания на этот счет еще не закончены. 

Первый внегалактический молекулярный кислород нашелся в ближайшем квазаре

Ученым удалось впервые получить надежные свидетельства наличия молекулярного кислорода O2 за пределами Млечного Пути. Редкую в космосе форму вещества обнаружили в активной галактике Маркарян 231, где находится ближайший к Земле квазар. Наблюдения излучения O2 могут стать новым методом изучения мощных галактических ветров, пишут авторы в Astrophysical
Journal
.

Кислород — это третий по
распространенности во Вселенной элемент после водорода и гелия. В процессе
первичного нуклеосинтеза его практически не образовывалась, но он в больших
количествах накапливается в недрах звезд, а после завершения их жизни может
попадать в межзвездную среду.

Линии атомарного кислорода
хорошо известны в спектрах многих астрономических объектов. Также во Вселенной в
обильных количествах встречается угарный газ CO, который оказывается второй по распространенности
молекулой в межзвездной среде после водорода. Тем не менее, молекулярный кислород в космосе практически не наблюдается.

Так происходит из-за
высокой химической активности данного элемента, благодаря которой он быстро реагирует
с другими веществами. В то же время для появления молекул среда должна быть
достаточно плотной, где реакции с высокой вероятностью произойдут. Более того, многие соединения кислорода, такие
как вода, намерзают на составляющих межзвездную пыль твердых частицах, в
результате чего они перестают эффективно излучать в спектральных линиях.

Одно из немногих мест вне
Солнечной системы, где найден молекулярный кислород, — туманность
Ориона, плотная область звездообразования. Однако оценки его содержания как
минимум в сто раз не дотягивают до теоретических химических моделей полностью
газообразных сред. Считается, что там вещество возникло в результате
воздействия порожденной молодыми звездами ударной волны.

Цзюньчжи Ван (Junzhi Wang)
из Китайской академии наук и его коллеги из Великобритании, Китая и США впервые
нашли надежные свидетельства существования молекулярного кислорода за пределами
Млечного Пути — в активной галактике Маркарян 231. Авторы обнаружили с высокой
достоверностью линию излучения вещества на частоте 118,75 гигагерц (2,52
миллиметра) в лабораторной системе отсчета.

Маркарян 231 относится к
классу сейфертовских галактик, а ее ядро представляет собой квазар, причем
самый близкий к Земле — расстояние до него составляет 167 мегапарсек (красное
смещение z = 0,04217). Эта галактика также очень активно производит новые
звезды, примерно в сто раз интенсивнее Млечного Пути, а суммарная масса
истечений достигает 700 масс Солнца в год.

По уширению линии
астрономы определили скорость движения вещества, которая оказалась около 450
километров в секунду. Излучение наблюдается на расстоянии примерно в десять
килопарсек от центра галактики, но внутри ее диска, где могут формироваться
новые светила.

Ученые предполагают,
что процессы в изученной галактике могут быть похожи на ситуацию в туманности
Ориона на больших масштабах. В таком случае быстрые потоки вещества из активного
ядра и ударные волны внутри них не позволяют кислороду и его соединениям осесть
на пылинках, возвращая их в газовую фазу.

Авторы заключают, что
излучение молекулярного кислорода может стать основой нового метода изучения истечений
из активных ядер галактик. По исследованиям линий угарного газа известно, что такие
потоки содержат большие количества молекул, но свечение самого CO может возникать и в других компонентах галактики,
а излучением молекулярного кислорода от облаков в диске можно пренебречь.

Ранее астрономы заполнили пробел в эволюции галактик «холодными квазарами», обнаружили шестикратное изображение квазара в гравитационной линзе и зафиксировали превышение разрешенного уровня яркости у первого открытого квазара.

Тимур Кешелава

Оцените статью
Кислород
Добавить комментарий