Fra orkaner til jordskælv, rumstationseksperiment overvinder udfordringer

Pladsen er hård, ordsproget siger, og at udføre videnskab i rummet giver sine egne udfordringer. Få forskere har måttet overvinde orkaner og jordskælv, selvom, blot to af de forhindringer, et hold kemikere i Puerto Rico stod over for at få deres undersøgelse til den internationale rumstation.

Undersøgelsen, Belysning af ammoniakelektrokemisk oxidationsmekanisme via elektrokemiske teknikker ved ISS (ammoniakelektrooxidation) undersøger ammoniakoxidation i mikrogravitation.

Ammoniak er et lille molekyle, der består af nitrogen og brint. Oxidation er en reaktion, der involverer oxygen, der nedbryder disse molekyler, producerer nitrogengas, vand, og elektrisk energi. En forbindelse i menneskelig urin, urinstof, kan omdannes til ammoniak, gør det til en let tilgængelig ressource. Oxidationsprocessen kan derefter bruges til at producere vand og energi, både kritiske behov for fremtidige langsigtede rummissioner, som er måder at fjerne ammoniak fra et rumfartøj eller levested.

Holdet har tidligere udviklet det elektrokemiske ammoniakfjernelsessystem, eller ØRE, et setup, der ligner et batteri, der oxiderer ammoniak elektrokemisk eller med en elektrisk strøm. De satte EAR på prøve på flere parabolflyvninger, som giver videnskabsmænd adgang til kortsigtet mikrotyngdekraft ved at sætte et fly i frit fald. Resultaterne viste, at mikrotyngdekraft reducerede brændselscellens ydeevne med 20 til 65 procent. Forskerne havde mistanke om, at fraværet af opdrift i mikrotyngdekraften forårsagede faldet, men var nødt til at udføre mere forskning for at bekræfte den hypotese.

"Du har kun omkring 25 sekunder på parabolflyvninger, " siger hovedefterforsker Carlos Cabrera, kemiprofessor ved University of Puerto Rico i Rio Piedras i San Juan. "Så vi ville bruge rumstationen til at se på processen i længere tid."

Forslaget til undersøgelse af ammoniakelektrooxidation modtog godkendelse fra NASA i 2016 under sponsorering af ISS National Lab. Holdet skulle først redesigne deres originale flyveudstyr, krympe ØRET fra størrelsen af ​​et lille køleskab til noget tættere på en skoæske.

Den opgave faldt på Camila Morales-Navas, en kemi-ph.d. studerende på universitetet, der havde arbejdet på parabolflyvningsprøverne.

Så fejede orkanen Maria ind over Dominica, St Croix, og Puerto Rico i september 2017. Tabene beløb sig til mere end 91 milliarder dollars, mest i Puerto Rico, hvor næsten 3, 000 mennesker døde. Kategori 5-stormen efterlod også hele øens befolkning uden strøm. Fem måneder senere, en fjerdedel af beboerne manglede stadig strøm.

"Vi havde ingen strøm på campus før januar 2018, " siger Morales-Navas. "Vi kan finde ud af tingene på papiret, men havde brug for strøm til at teste konfigurationer til det mindre udstyr. Heldigvis, vi havde en strømgenerator i vores laboratorium på Molecular Sciences Research Center, så vi fortsatte."

Flere forhindringer ventede endnu. I slutningen af ​​2019 og begyndelsen af ​​2020, Puerto Rico oplevede en række jordskælv, der igen tog strømmen, og universitetet lukkede, indtil bygningsinspektionerne var afsluttet. I marts i år, den globale pandemi lukkede campus og laboratoriet, og i august Den tropiske storm Isaias slog magten ud igen.

"Det er ligesom ekstremsport, boet på denne ø de sidste tre år, " siger Morales-Navas.

Igennem det hele, hun blev ved med at arbejde, og i august 2020, havde den mindre hardware klar. Undersøgelsen kørte til sidst til stationen på NG-14, den 14. fragtflyvning for Northrop Grummans Cygnus resupply rumfartøj, der blev opsendt 2. oktober.

Driften af ​​selve eksperimentet giver nogle udfordringer, også.

"Mikrogravitationens opdriftsfrie miljø påvirker reaktionerne i systemet, " siger Morales-Navas. "Hvis de gasformige biprodukter dannes som bobler, det kan blokere for yderligere reaktioner."

Forskerne inkluderede gentagne forsøg i deres design, således at selvom bobler påvirker nogle af løbene, de kan stadig indsamle data fra de andre.

"Astronauter, der tager til Mars, har brug for energi, "Cabrera tilføjer. "Vores mål er at bringe teknologien til et niveau af klarhed til langsigtede missioner."