Новейшие искусственные материалы пригодятся в освоении космоса

10 Октября 2014 в 21:30, Илья Хель 5 902 просмотра 12

Шелковые листья

У освоения космоса масса проблем, но есть одна фундаментальная — отсутствие кислорода в большей части Вселенной, что накладывает серьезные ограничения на наши возможности дышать за пределами Земли. Вместе с тем это ставит перед будущими колонизаторами других планет определенные задачи, которые необходимо решить.

Здесь, на Земле, у нас есть хорошо развитая природная система для поддержания человеческой жизни: атмосфера и биомы. В космосе у нас должны быть аналогичные системы жизнеобеспечения замкнутого цикла, которые будут поддерживать нас, и эта задача —  не из легких.

К счастью, успехи в развитии новых синтетических материалов могут открыть интересные возможности для пилотируемой космонавтики. Недавняя разработка может стать ответом на вопрос: как дышать там, где воздуха нет?

Не так давно мы писали, что ученые из Университета Южной Дании синтезировали кристаллический материал, который поглощает и сохраняет кислород в больших количествах. Его можно использовать для сбора, хранения и транспортировки кислорода, будто такой себе искусственный гемоглобин.

10-литрового ведра из твердого материала достаточно, чтобы хранить весь кислород в комнате. Несколько зерен сохранят достаточно кислорода для дыхания одного человека. После того как кислород оказывается в ловушке, его можно хранить до тех пор, пока материал осторожно не нагреют и не выпустят кислород.

Хранилище кислорода

«Этот материал может поглощать и выделять кислород многократно без потери способности. Это как погружать губку в воду, выжать из нее воду и повторить процесс снова и снова», — объясняет Кристина Маккензи, профессор физики из Университета Южной Дании, возглавляющая проект.

Будучи насыщенным кислородом, вещество можно сравнить с кислородным баллоном, который содержит чистый кислород под давлением. Разница в том, что этот материал сохраняет в три раза больше газа в цилиндре, который находится под давлением. Ключевой компонент нового материала — кобальт, связанный с особой органической молекулой.

Новые материалы

«Кобальт придает новому материалу нужную молекулярную и электронную структуру, позволяющую ему поглощать кислород из окружающей среды. Этот механизм хорошо известен всем дышащим созданиям на Земле: люди и другие виды используют железо, в то время как другие животные, вроде крабов и пауков, используют медь. Небольшие количества металлов имеют важное значение для поглощения кислорода, так что нет ничего удивительного в том, что мы видим этот эффект в новом веществе».

Будучи связанным с веществом, молекулы кислорода в сумме занимают меньше места, чем когда находятся в газообразной форме. Этот же принцип позволяет гемоглобину вашего тела связывать в 70 раз больше кислорода, чем если бы он просто был растворен в крови.

В зависимости от атмосферных условий вроде концентрации кислорода, температуры и давления нужно от нескольких секунд до нескольких дней, чтобы поглотить кислород из окружающей среды. Различные вариации вещества могут с разной скоростью связывать кислород.

Представьте: маска, созданная на основе слоев из такого вещества, может активно поставлять кислород без необходимости насоса или оборудования для создания давления.

Маккензи и ее команда в настоящее время исследуют, может ли свет вызывать высвобождение кислорода из материала, что еще больше приблизит ученых к созданию искусственного фотосинтеза.

Возможность абсорбировать, хранить и выпускать кислород в плотной концентрированной форме — это круто. Но что, если место, где нам больше всего нужен кислород, — там, где вообще нельзя ничего абсорбировать из окружающего пространства?

Джулиан Мельхиорри из Королевского колледжа искусств разработал фотосинтетический материал, который живет и дышит подобно листу растения. Искусственный лист поглощает углекислый газ и воду и выпускает кислород. Лист работает на основе собрания хлоропластов (именно в них в растении происходит фотосинтез) в материале, изготовленном из протеинов шелка.

Мельхиорри видит использование такой технологии в фасадах зданий и абажурах ламп, которые могли бы выдыхать свежий воздух для нас. Он также предлагает использовать его в освоении космоса. Хотя растения отлично растут в условиях микрогравитации, такой материал может производить кислород с гораздо меньшими затратами времени и усилий, чем необходимы для выращивания растений.

Пока непонятно, какое количество кислорода такой лист может производить, как долго самоподдерживаются хлоропласты в протеинах шелка и что происходит с побочными продуктами фотосинтеза. С появлением новых материалов возникают и новые вопросы.

Но возможности использования таких материалов мы вполне в силах представить.

Если кислород можно будет создавать с помощью искусственного фотосинтеза в космосе, его можно будет и хранить более компактно, нежели в баллонах и цистернах.

Исследователи Массачусетского технологического института разработали новый дизайн скафандра, в основе которого лежит принцип «второй кожи» для космонавтов. Возможно, в будущем ткань, выпускающая, накапливающая и преобразующая другое вещество в кислород, ляжет в основу ткани самого скафандра.

Некоторые утверждают, что пилотируемое исследование нашей Солнечной системы — крайне сложная задача, которую мы пока не в силах решить при всех ее проблемах и препятствиях. В конце концов, космос — крайне недружелюбная для человека среда. Но мы обнаружили только один способ путешествия в космосе, и он очень привязан к Земле. Мы просто строим пузырь на Земле и остаемся в нем, чтобы выжить. В обозримом будущем это будет только так.

Но если мы хотим продолжить освоение космоса, нам понадобится разработка новых типов материалов, которые лягут в основу скафандров будущего и приблизят нас еще больше к тому дню, когда люди будут свободно перемещаться по Солнечной системе.

Вышеописанные разработки хороши тем, что им всегда найдется применение. И если это будет освоение космоса — тем лучше, в конце концов, это необходимо человечеству для выживания.

Новейшие искусственные материалы пригодятся в освоении космоса

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

12 комментариев

  1. storm X

    Интересно, а до изобретения скафандра люди не должны были знать, что в космосе так холодно и нечем дышать, наверняка, тот, кто не знал этого, погиб первый (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

    • bak

      Инфа 100%? (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

      • storm X

        Ахах, не соточка, не...) просто размышления (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

        • bak

          Хорошая мысль (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

          • storm X

            По любэ поначалу в первые минуты было еще и шоковое осознание того, что ты вдруг взял и начал просто парить, и окружающие предметы тоже начали витать вокруг тебя! Для 1960-х это было наверное, самым обсуждаемым впечатлением по возвращению Гагарина и Армстронга (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

            • bak

              Мне кажется, NASA и тому подобные + правительство, и приближённые к ним, знали как и тогда много чего, что тщательно скрывали от простых смертных, так и сейчас.. И вот что кстати касается твоей интересной мысли.. Сеня тоже как ни странно посещают подобного рода мысли и.. Может быть космоса и планет других не существует, а это всего лишь проекция своего рода такая?))) может быть нам просто дурят голову? Мы же там не были)) ладно, согласен, бредовая идея.. Или вот еще например, может быть мы живем внутри какого-то огромного организма и космос это эммм.. Какой-то из органов, а мы как паразиты внутри, живем и развиваемся..)) поэтому и так темно в "космосе")))) это как внутри человека живут же микробы и они думают там тоже темно и бесконечность..))) как тебе?))) (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

  2. batman_01

    Парни отсыпьте немного))

    • storm X

      Есть еще теория, что мир находится внутри большой золотой черепахи, передвигающейся у двух параллельных прямых , изрыгающей пламя (тогда день и солнце) и лед (тогда наступает зима), но поскольку на перезарядку льда нудно больше тантрической энергии Пяти Солнц, то и зима бывает редко... (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.