Kısaca

MIT araştırmacıları, Mars atmosferindeki yoğun karbondioksiti soğuk plazma yöntemiyle ayrıştırarak astronotların dönüş yolculuğunda kullanılabilecek yakıt ve oksijene dönüştüren bir reaktör tasarladı.

Massachusetts Teknoloji Enstitüsü (MIT) bünyesindeki Havacılık ve Uzay Plazma Grubu araştırmacıları, Mars atmosferinde yüksek oranda bulunan karbondioksiti soğuk plazma yardımıyla oksijen ve karbonmonoksite dönüştüren bir reaktör geliştirdi. Doktora adayı Lanie McKinney ve doçent Carmen Guerra-Garcia danışmanlığında yürütülen çalışma, gelecekte Kızıl Gezegen'e ayak basacak astronotların Dünya'ya dönüşü için gerekli itici yakıtı ve yaşam destek oksijenini yerinde kaynak kullanımıyla (ISRU) sağlamayı hedefliyor. NASA ve Çin gibi uzay ajanslarının önümüzdeki on yıllar için planladığı Mars görevlerinde, tonlarca dönüş yakıtının Dünya'dan taşınması yerine gezegende üretilmesi fırlatma kütlesini ve görev maliyetini doğrudan azaltan temel bir gereklilik olarak öne çıkıyor.

Geliştirilen sistem, nanosaniye tekrarlı darbeli dielektrik bariyer deşarjı (NRP-DBD) olarak adlandırılan küçük ölçekli bir plazma reaktörüne dayanıyor. Karbondioksit molekülleri reaktör içindeki dielektrik boncuklarla desteklenen plazma alanından geçerken elektriksel deşarj yoluyla bağlarından koparılıyor ve oksijen ile karbonmonoksit açığa çıkıyor. Lanie McKinney, laboratuvar ortamındaki reaksiyon verimliliğine dikkat çekerek, "Dönüşüm adımını gerçekten çok iyi gerçekleştirebiliyoruz; ancak plazmada olan şey şu, dönüştürdükten sonra ayrılması gereken bir karışım elde ediyoruz" ifadesini kullanıyor. Karbondioksitin parçalanması yüksek başarıyla tamamlansa da serbest kalan oksijen atomları karbonmonoksitle hızla yeniden birleşme eğilimi gösteriyor.

Araştırma ekibi bu kimyasal birleşmeyi engellemek amacıyla plazma reaktörünü oksijen seçici özel bir membran ile birleştiren yeni bir mimari üzerinde çalışıyor. Bu mimaride hedeflenen temel mekanizma, oksijenin açığa çıktığı anda hızla karışımdan çekilerek depolanması ve karbonmonoksitle tepkimeye girmesinin önlenmesi. Ancak bu entegrasyon henüz deneysel bir aşamada bulunuyor ve reaktif plazmanın yarattığı elektriksel ve kimyasal ortamın membranın fiziksel yapısına nasıl etki edeceği henüz bilinmiyor. Elde edilen veriler, soğuk plazmanın karbondioksiti ayrıştırmada etkili olduğunu kanıtlamakla birlikte, geliştirilen sistemin Mars'taki düşük basınç ve aşırı sıcaklık farkları altında ne kadar süreyle çalışabileceğini veya bir roket deposunu dolduracak debiye ulaşıp ulaşamayacağını henüz göstermiyor.

Lanie McKinney, Tulsa Üniversitesi'nde fizik ve uygulamalı matematik eğitimini tamamlayıp Colorado Boulder Üniversitesi'ndeki yaz stajında ay ortamındaki tozlu plazmalar üzerine çalıştıktan sonra MIT'ye geçti ve doktora çalışmalarının beşinci yılına girdi. McKinney, MIT bünyesindeki Uzay Kaynakları Çalıştayı kapsamında NASA'nın düzenlediği derin uzay geri dönüşüm yarışması LunaRecycle Challenge'da yer alan CERBERUZ ekibine de eş liderlik etti. Karma atıkları enjeksiyon kalıplama ve üç boyutlu yazıcı filamentine dönüştüren bir toz haline getirme sistemi geliştiren ekip, yarışmanın ikinci aşamasında birincilik elde ederek 775 bin dolarlık ödülün sahibi oldu. Ayrıca regolit tuğlalarıyla harçsız radyasyon kalkanı geliştirme projesinde de yer alan McKinney, uzay araştırmalarında farklı disiplinlerin bir araya gelmesinin zorunlu olduğunu vurguluyor.

Geliştirilen reaktörün Mars yüzeyinde işlevsel bir yakıt ikmal istasyonuna dönüşebilmesi için plazma reaktörü ile oksijen seçici membran arasındaki entegrasyon sürecinin tamamlanması ve malzeme dayanıklılığının kanıtlanması gerekiyor. Gezegen yüzeyinde kalıcı bir varlık kurmanın yerel kaynakların dönüştürülmesine bağlı olduğunu belirten Lanie McKinney, "Mars'ta yakıt istasyonları kurmazsak insanları Dünya'ya geri getirmek çok zor olacak; yakıtı yerinde üretmenin bir yoluna ihtiyacımız var" tespitinde bulunuyor. Araştırma ekibi, reaktif plazma ortamındaki membran tepkilerini incelemeyi ve farklı dolgu malzemelerinin karbondioksit dönüşüm verimine etkisini ölçmeyi sürdürüyor.

Neden önemli?Gezegenler arası görevlerde dönüş yakıtının Dünya'dan taşınması yerine Mars'ta yerinde üretilmesi, fırlatma yükünü hafifleterek kalıcı insanlı uzay keşiflerinin maliyetini ve lojistik zorluğunu azaltır.

Şu ana kadar bildiklerimiz

  • Lanie McKinney ve MIT Havacılık ve Uzay Plazma Grubu, karbondioksiti ayrıştırmak için nanosaniye tekrarlı darbeli dielektrik bariyer deşarjı (NRP-DBD) tipi bir plazma reaktörü geliştirdi.
  • Geliştirilen teknoloji, Mars atmosferinde bol miktarda bulunan karbondioksiti soğuk plazma yardımıyla parçalayarak oksijen ve karbonmonoksite dönüştürmeyi hedefliyor.
  • Lanie McKinney'nin eş liderlik ettiği MIT CERBERUZ ekibi, uzay atıklarını dönüştüren toz haline getirme ve enjeksiyon kalıplama sistemiyle NASA'nın LunaRecycle Yarışması İkinci Aşamasında 775 bin dolar ödül kazandı.

Cevabı beklenen sorular

  • Reaktif plazma ortamına entegre edilen oksijen seçici membranın uzun vadeli kimyasal ve fiziksel dayanıklılığı nasıl olacak?
  • Laboratuvar ölçeğindeki reaktör, Kızıl Gezegen'deki gerçek çevre koşullarında ve insanlı bir görevin yakıt ihtiyacını karşılayacak ölçekte çalıştırılabilecek mi?
Kaynaklar ve belgeler

Bu haberde kullanılan belgelere aşağıdaki bağlantılardan ulaşabilirsiniz.