Det er ikke kun raketvidenskab:Skjult kemi driver månen opsendelser og opretholder liv i rummet

Mange rundt om i verden vil ivrigt se denne lørdag, når NASA lancerer Artemis I, agenturets første måneudforskningsmission siden 1970'erne.

Skuespillet involverer den kraftigste raket i verden:Space Launch System (SLS). Med en højde på næsten 100 meter og en vægt på mere end 2.600 tons producerer SLS en trækkraft på 8,8 millioner pund – (mere end 31 gange så stor som et Boeing 747-jetfly).

Men det er ikke kun fantastisk teknik, der ligger bag raketvidenskab og rumudforskning. Gemt indeni er der smart kemi, der driver disse fantastiske bedrifter og opretholder vores skrøbelige liv i rummet.

Brændstoffet og gnisten

For at sende en raket ud i rummet har vi brug for en kemisk reaktion kendt som forbrænding. Det er her brændstoffer kombineres med ilt og producerer energi som et resultat. Til gengæld giver den energi det skub (eller skub), der er nødvendigt for at drive mammutmaskiner som SLS ind i Jordens øvre atmosfære og videre.

Meget ligesom biler på vejen og jetfly på himlen, har raketter motorer, hvor forbrænding finder sted. SLS har to motorsystemer:fire kernetrins RS-25-motorer (opgraderede rumfærgemotorer) og to solide raketforstærkere. Og kemi er det, der giver en unik brændstofblanding til hver motor.

Kernetrinsmotorerne bruger en blanding af flydende oxygen og flydende brint, hvorimod de faste raketboostere, som navnet antyder, indeholder et fast drivmiddel - et hårdt, gummilignende materiale kaldet polybutadienacrylonitril. Ud over at være brændstof i sig selv, indeholder dette materiale fine partikler af aluminiummetal som brændstof, med ammoniumperchlorat som iltkilde.

Mens brændstof til de faste raketboostere nemt opbevares ved stuetemperatur, skal brændstof til kernemotoren opbevares ved -253 ℃ for flydende brint og -183 ℃ for flydende oxygen. Det er derfor, du ser ark af is, der skærer sig af raketter, når de flyver – brændstofbeholderne er så kolde, at de fryser fugt fra den omgivende luft.

Men der er en anden interessant kemi, der sker, når vi skal tænde for brændstoffet. Afhængigt af brændstofkilden kan raketter antændes elektrisk gennem et glorificeret tændrør ... eller kemisk.

Hvis du nogensinde har set en rumopsendelse og hørt tale om "TEA-TEB-antændelse", refererer det til triethylaluminium og triethylboran. Disse to kemikalier er pyrofore - hvilket betyder, at de kan antændes spontant, når de udsættes for luft.

Opretholde livet blandt stjernerne

Det er ikke kun raketter, der er drevet af kemi. Livsstøttende systemer i rummet er afhængige af kemiske processer, der holder vores astronauter i live og trækker vejret – noget vi på Jorden ofte tager for givet.

Vi kender alle vigtigheden af ​​ilt, men vi udånder også kuldioxid som et giftigt affaldsprodukt, når vi trækker vejret. Så hvad sker der med kuldioxid i det forseglede miljø i en rumkapsel som dem i Apollo Moon-missionerne eller på den internationale rumstation (ISS)?

Kan du huske, at Tom Hanks forsøgte at sætte en firkantet pind ind i et rundt hul i filmen Apollo 13? Det var kuldioxidscrubbere, som NASA brugte til at fjerne denne giftige gas fra det indre af rumkapsler.

Disse scrubbere er forbrugsfiltre pakket med lithiumhydroxid (svarende til et kemikalie, du kan finde i afløbsrensevæske), der opfanger kuldioxidgas gennem simpel syre-base kemi. Selvom disse scrubbere er yderst effektive til at fjerne kuldioxid og tillader astronauter at trække vejret let, har filtrene en begrænset kapacitet. Når de er mættet, er de ikke længere effektive.

Så til udvidede rummissioner er det ikke muligt at bruge lithiumhydroxidfiltre. Forskere udviklede senere et system, der bruger en genanvendelig kuldioxidscrubber lavet med mineraler kaldet zeolitter. Med zeolit ​​kan den opfangede kuldioxid frigives til rummet, og filtrene er så frie til at opfange mere gas.

Men i 2010 fandt forskerne en endnu bedre måde at håndtere kuldioxid på ved at omdanne dette affaldsprodukt til en anden vigtig komponent for livet:vand.

Fra affald til ressource

Environmental Control and Life Support System på ISS erstatter kuldioxidscrubbere med Carbon Dioxide Reduction System, også kendt som Sabatier-systemet. Det er opkaldt efter den kemiske reaktion, der er central for dens funktion, som igen er opkaldt efter dens opdager, kemi-nobelprisvinderen fra 1912, Paul Sabatier.

Dette system kombinerer kuldioxid med brintgas for at danne vand og metan. Metangassen luftes ud i rummet, og gennem en proces kaldet hydrolyse spaltes vandet til åndbar ilt og brintgas. Sidstnævnte genbruges derefter for at omdanne mere kuldioxid til vand.

Denne proces er ikke kun nyttig til udforskning af rummet. Tættere på hjemmet forsker kemikere i lignende systemer for potentielt at adressere drivhusgasemissioner – selvom det ikke er noget universalmiddel, kan Sabatier-reaktionen hjælpe os med at genbruge noget kuldioxid her på Jorden.

I mellemtiden sigter NASAs Artemis Moon-mission på at lande den første kvinde og farvede person på Månen og etablere en langsigtet menneskelig tilstedeværelse i en månebase. Sabatier-reaktionen og andre lidet berømte kemiske processer vil være nøglen til menneskehedens fortsatte rumbestræbelser. + Udforsk yderligere

Fremstilling af metan på Mars

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.