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磁铁或能帮人类在太空呼吸

 据西班牙《阿贝赛报》网站8月28日报道,人类希望在未来十年内在月球上定居并登陆火星。或者说,至少想法是这样。但是,仍有许多技术问题需要解决。如何规划超过一亿公里(单程)、耗时至少一年的旅程,而且在此期间,飞船上的人员必须能够自主生活,包括能得到紧急医疗救治,以及生产自己的资源(包括食物或他们呼吸的空气)。随着太空成为新的殖民“狂野西部”,越来越多的人才、公司和资源被用于解决这些不久前还只存在于科幻小说中的问题。

报道称,现在,由来自西班牙格拉纳达、现任佐治亚理工学院古根海姆航空航天工程学院助理教授的阿尔瓦罗·罗梅罗-卡尔沃领导的一个团队,提出了一个相对简单但仍鲜为人知的想法:使用磁铁从液体中分离不同的成分。例如,从水中分离氢(可用于推动飞船)和氧(用于供宇航员呼吸)。

惯常的逻辑使我们想到携带氧气瓶进行探险,就像在地球上所做的那样。但是,在太空旅行的情况下,这个想法行不通:为这么漫长的旅行携带所有资源是极其昂贵的,甚至是不可行的,因为这将占用飞船上的空间和载重能力,导致必须拥有更大的飞船,并因此消耗更多的燃料(以及带来其他问题)。例如,在国际空间站上,已经不再需要为宇航员运送储气罐,而是通过被称为电解的过程制备宇航员赖以维持生命的氧气:在这种情况下,电是将水分解为氢和氧的工具。

此外,还必须能将系统产生的气体取出来,而这在太空中是一项相当复杂的任务。“为了便于理解,可以想象一罐汽水:在地球上,因为液体比气体密度大,受到地球重力的影响,汽水中的气泡会分离出来并漂浮到汽水的上部,”罗梅罗-卡尔沃解释说,“而在国际空间站上,微重力环境会产生持续的自由落体效应并消除浮力效应,汽水里面的物质会变得更难分离出来。”借助一种大型“离心机”,国际空间站将这些“气泡”与其他成分分离开来。但这会在空间站上产生振动,从而干扰站内的科学实验。

然而,最大的问题在于这个“排出”气泡的系统是一种复杂的机制,由许多部分组成,每个部分都可能发生故障,进而导致设备无法工作。当宇航员独自执行长达数月的飞行任务时,一旦制备其呼吸所需空气的系统发生故障,将会造成危急情况。如前所述,携带储气罐是一种选择,但不是最有效的。根据罗梅罗-卡尔沃的说法,一块简单的钕磁铁几乎可以“自然”地达到需要的分离效果,而且成本低廉,因此这可能是一个很好的选项。

罗梅罗-卡尔沃说:“虽然听起来有些奇怪,但水和其他液体在一定程度上具有‘磁性’。更准确地说,任何液体在存在磁场的情况下都会发生极化。具体来说,水是一种抗磁性材料,这意味着它会被磁铁排斥。在地球上,我们几乎不会注意到水所受到的‘排斥’。但在太空中,这变成了一种可以用来分离气泡的力。”

利用磁铁的这一特性,可以通过罗梅罗-卡尔沃团队研发的装置将气泡从液体中分离出来。他说:“简单来说,磁铁排斥水并吸引气泡,因此你可以在一个地方(我们称之为收集器)收集它们,并使用不产生干扰且几乎不需要能量的无源系统将它们提取出来。这一切背后的物理原理在物理学界是众所周知的,但目前几乎还没有人开发过其在太空中的应用。”

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