L'espace est dur, dit le proverbe, et la conduite de la science dans l'espace présente ses propres défis. Peu de chercheurs ont eu à surmonter des ouragans et des tremblements de terre, bien que, seulement deux des obstacles auxquels une équipe de chimistes de Porto Rico a été confrontée pour mener son enquête à la Station spatiale internationale.

L'enquête, Élucider le mécanisme d'oxydation électrochimique de l'ammoniac via des techniques électrochimiques à l'ISS (électrooxydation de l'ammoniac) examine l'oxydation de l'ammoniac en microgravité.

L'ammoniac est une petite molécule composée d'azote et d'hydrogène. L'oxydation est une réaction impliquant l'oxygène qui brise ces molécules, produire de l'azote gazeux, l'eau, et l'énergie électrique. Un composé dans l'urine humaine, urée, peut être converti en ammoniac, ce qui en fait une ressource facilement accessible. Le processus d'oxydation peut alors être utilisé pour produire de l'eau et de l'énergie, à la fois des besoins critiques sur les futures missions spatiales à long terme, tout comme les moyens d'éliminer l'ammoniac d'un vaisseau spatial ou d'un habitat.

L'équipe a précédemment développé le système d'élimination électrochimique de l'ammoniac, ou EAR, une configuration similaire à une batterie qui oxyde l'ammoniac électrochimiquement ou avec un courant électrique. Ils ont mis EAR à l'épreuve sur plusieurs vols paraboliques, qui permettent aux scientifiques d'accéder à la microgravité à court terme en mettant un avion en chute libre. Les résultats ont montré que la microgravité diminuait les performances des piles à combustible de 20 à 65 %. Les chercheurs soupçonnaient que l'absence de flottabilité en microgravité était à l'origine de la diminution, mais devait mener plus de recherches pour confirmer cette hypothèse.

"Vous n'avez qu'environ 25 secondes sur les vols paraboliques, " dit le chercheur principal Carlos Cabrera, professeur de chimie à l'Université de Porto Rico à Rio Piedras à San Juan. "Nous voulions donc utiliser la station spatiale pour examiner le processus pendant une période plus longue."

La proposition d'enquête sur l'électrooxydation de l'ammoniac a reçu l'approbation de la NASA en 2016 sous le parrainage de l'ISS National Lab. L'équipe a d'abord dû reconcevoir son équipement de vol d'origine, rétrécissant l'EAR de la taille d'un petit réfrigérateur à quelque chose de plus proche d'une boîte à chaussures.

Cette tâche revenait à Camila Morales-Navas, un doctorat en chimie étudiant à l'université qui avait travaillé sur les essais en vol parabolique.

Puis l'ouragan Maria a balayé la Dominique, Sainte-Croix, et Porto Rico en septembre 2017. Les pertes ont totalisé plus de 91 milliards de dollars, principalement à Porto Rico, où près de 3, 000 personnes sont mortes. La tempête de catégorie 5 a également laissé toute la population de l'île sans électricité. Cinq mois plus tard, un quart des habitants n'avaient toujours pas d'électricité.

"Nous n'avions pas d'électricité sur le campus jusqu'en janvier 2018, " dit Morales-Navas. " Nous pouvons comprendre les choses sur le papier, mais avait besoin de puissance pour tester les configurations pour les plus petits équipements. Heureusement, nous avions un groupe électrogène dans notre laboratoire au Molecular Sciences Research Center, alors on a continué."

D'autres obstacles étaient encore à venir. Fin 2019 et début 2020, Porto Rico a connu une série de tremblements de terre qui ont de nouveau coupé le courant, et l'université a fermé jusqu'à ce que les inspections des bâtiments soient terminées. En mars de cette année, la pandémie mondiale a fermé le campus et le laboratoire et en août, La tempête tropicale Isaias a encore une fois coupé le courant.

"C'est comme les sports extrêmes, vivant sur cette île ces trois dernières années, ", dit Morales-Navas.

À travers tout ça, elle a continué à travailler, et d'ici août 2020, avait le plus petit matériel prêt. L'enquête s'est finalement rendue à la station sur NG-14, le 14e vol cargo pour le vaisseau spatial de ravitaillement Cygnus de Northrop Grumman qui a été lancé le 2 octobre.

Le fonctionnement de l'expérience elle-même présente certains défis, trop.

"L'environnement sans flottabilité de la microgravité affecte les réactions dans le système, " dit Morales-Navas. " Si les sous-produits gazeux se forment sous forme de bulles, cela pourrait bloquer d'autres réactions."

Les chercheurs ont inclus des essais répétés dans leur conception afin que, même si des bulles affectent certaines des pistes, ils peuvent toujours collecter des données auprès des autres.

"Les astronautes qui iront sur Mars auront besoin d'énergie, " ajoute Cabrera. "Notre objectif est d'amener la technologie à un niveau de préparation pour des missions à long terme."