NASA , 1970’lerden bu yana ilk Ay keşif görevi olan Artemis I’i fırlatırken , dünyanın dört bir yanından pek çok kişi bu Cumartesi heyecanla izleyecek.

Gösteri, dünyanın en güçlü roketini içeriyor: Uzay Fırlatma Sistemi (SLS) . Yaklaşık 100 metre yüksekliğinde ve 2.600 tondan fazla ağırlığa sahip olan SLS, 8,8 milyon pound ( Boeing 747 jetinin itme gücünün 31 katından fazla ) devasa bir itme gücü üretir .

Ancak roket biliminin ve uzay araştırmalarının arkasında yatan sadece şaşırtıcı mühendislik değildir. İçinde saklı, bu fantastik başarılara güç veren ve uzaydaki kırılgan yaşamımızı sürdüren zekice bir kimya var.

Yakıt ve kıvılcım

Uzaya bir roket fırlatmak için yanma olarak bilinen kimyasal bir reaksiyona ihtiyacımız var. Yakıtların oksijenle birleştiği ve sonuç olarak enerji ürettiği yerdir. Buna karşılık, bu enerji, SLS gibi mamut makineleri Dünya’nın üst atmosferine ve ötesine itmek için gereken itmeyi (veya itmeyi) sağlar.

Yoldaki arabalar ve gökyüzündeki jetler gibi, roketlerin de yanmanın gerçekleştiği motorları vardır. SLS’nin iki motor sistemi vardır: dört çekirdekli RS-25 motoru (yükseltilmiş uzay mekiği motorları) ve iki katı roket güçlendirici . Ve kimya, her motor için benzersiz bir yakıt karışımı sağlayan şeydir.

Çekirdek kademe motorları, sıvı oksijen ve sıvı hidrojen karışımını kullanırken, katı roket güçlendiriciler, adından da anlaşılacağı gibi, katı bir itici gaz içerir – polibütadien akrilonitril adı verilen sert, kauçuk benzeri bir malzeme. Bu malzeme, yakıt olmanın yanı sıra, oksijen kaynağı olarak amonyum perklorat ile yakıt olarak ince alüminyum metal parçacıkları içerir.

Katı roket güçlendiriciler için yakıt oda sıcaklığında kolayca depolanırken, çekirdek aşamadaki motor yakıtlarının sıvı hidrojen için -253°C’de ve sıvı oksijen için -183°C’de depolanması gerekir. Bu nedenle, havalandıktan sonra roketlerden kesilen buz tabakalarını görüyorsunuz – yakıt kapları çok soğuk, çevredeki havadaki nemi donduruyorlar.

Ancak yakıtı yakmamız gerektiğinde ortaya çıkan ilginç bir kimya daha var. Yakıt kaynağına bağlı olarak roketler, yüceltilmiş bir buji aracılığıyla elektriksel olarak veya kimyasal olarak ateşlenebilir.

Bir uzay fırlatışını izlediyseniz ve “TEA-TEB ateşlemesi” hakkında konuşma duyduysanız, bu trietilalüminyum ve trietilboran anlamına gelir . Bu iki kimyasal piroforiktir, yani havaya maruz kaldıklarında kendiliğinden alev alabilirler.

Yıldızlar arasında yaşamı sürdürmek

Kimya tarafından beslenen sadece roketler değil. Uzaydaki yaşam destek sistemleri, astronotlarımızı canlı tutan ve nefes alan kimyasal süreçlere dayanır – Dünya’da genellikle kabul ettiğimiz bir şey.

Hepimiz oksijenin önemini biliyoruz, ancak soluduğumuzda zehirli bir atık ürün olarak karbondioksiti de dışarı veriyoruz. Peki Apollo Ay görevlerinde veya Uluslararası Uzay İstasyonunda (ISS) olduğu gibi bir uzay kapsülünün kapalı ortamındaki karbondioksite ne olur?

Apollo 13 filminde Tom Hanks’in kare bir çiviyi yuvarlak bir deliğe yerleştirmeye çalıştığını hatırlıyor musunuz? Bunlar, NASA’nın bu zehirli gazı uzay kapsüllerinin içinden çıkarmak için kullandığı karbondioksit temizleyicilerdi.

Bu yıkayıcılar, basit asit-baz kimyası yoluyla karbon dioksit gazını yakalayan lityum hidroksitle (drenaj temizleme sıvısında bulabileceğiniz bir kimyasala benzer) dolu, harcanabilir filtrelerdir . Bu yıkayıcılar karbondioksiti uzaklaştırmada ve astronotların rahat nefes almasını sağlamada oldukça verimli olsa da, filtrelerin sınırlı bir kapasitesi vardır. Doyduktan sonra artık etkili olmazlar.

Bu nedenle, genişletilmiş uzay görevleri için lityum hidroksit filtreleri kullanmak mümkün değildir. Bilim adamları daha sonra, zeolitler adı verilen minerallerden yapılmış yeniden kullanılabilir bir karbondioksit yıkayıcı kullanan bir sistem geliştirdiler. Zeolit ​​ile yakalanan karbondioksit uzaya salınabilir ve filtreler daha fazla gaz yakalamak için serbest kalır.

Ancak 2010’da bilim adamları, bu atığı yaşamın başka bir temel bileşenine dönüştürerek karbondioksiti yönetmenin daha da iyi bir yolunu buldular: suya.

Atıktan kaynağa

ISS’deki Çevresel Kontrol ve Yaşam Destek Sistemi, karbondioksit yıkayıcıların yerini Sabatier sistemi olarak da bilinen Karbon Dioksit Azaltma Sistemi ile değiştiriyor. Adını, 1912 Nobel Kimya Ödülü sahibi Paul Sabatier’in keşfinden alan, işlevinin merkezinde yer alan kimyasal reaksiyondan almıştır .

Bu sistem, su ve metan oluşturmak için karbondioksiti hidrojen gazı ile birleştirir. Metan gazı uzaya salınır ve hidroliz adı verilen bir süreçle su, solunabilir oksijen ve hidrojen gazına bölünür. İkincisi daha sonra daha fazla karbondioksiti suya dönüştürmek için geri dönüştürülür.

Bu süreç sadece uzay araştırmaları için faydalı değildir. Eve daha yakın olan kimyagerler, sera gazı emisyonlarını potansiyel olarak ele almak için benzer sistemler araştırıyorlar – her derde deva olmasa da, Sabatier reaksiyonu burada Dünya’da bir miktar karbondioksiti geri dönüştürmemize yardımcı olabilir.

Bu arada, NASA’nın Artemis Ay misyonu , ilk kadın ve renkli insanı Ay’a indirmeyi ve bir ay üssünde uzun vadeli bir insan varlığı kurmayı hedefliyor. Sabatier reaksiyonu ve diğer küçük kutlanan kimyasal süreçler, insanlığın devam eden uzay çabalarının anahtarı olacaktır.