Många runt om i världen kommer ivrigt att titta på denna lördag när NASA lanserar Artemis I, byråns första månutforskningsuppdrag sedan 1970-talet.

Skådespelet involverar den mest kraftfulla raketen i världen:Space Launch System (SLS). Med en höjd på nästan 100 meter och väger mer än 2 600 ton, producerar SLS en enorm dragkraft på 8,8 miljoner pund – (mer än 31 gånger dragkraften hos ett Boeing 747-jet).

Men det är inte bara fantastisk ingenjörskonst som ligger bakom raketvetenskap och rymdutforskning. Gömt inomhus finns smart kemi som driver dessa fantastiska bedrifter och upprätthåller vårt bräckliga liv i rymden.

Bränslet och gnistan

För att skjuta upp en raket i rymden behöver vi en kemisk reaktion som kallas förbränning. Det är här bränslen kombineras med syre, vilket ger energi. Den energin ger i sin tur den push (eller dragkraften) som behövs för att driva mastodontmaskiner som SLS in i jordens övre atmosfär och bortom.

Ungefär som bilar på vägen och jets på himlen har raketer motorer där förbränning sker. SLS har två motorsystem:fyra kärnstegs RS-25-motorer (uppgraderade rymdfärjemotorer) och två solida raketboosters. Och kemi är det som ger en unik bränsleblandning för varje motor.

Kärnstegsmotorerna använder en blandning av flytande syre och flytande väte, medan de fasta raketboosters, som namnet antyder, innehåller ett fast drivmedel - ett hårt, gummiliknande material som kallas polybutadienakrylnitril. Förutom att vara själva bränslet innehåller detta material fina partiklar av aluminiummetall som bränsle, med ammoniumperklorat som syrekälla.

Medan bränsle för de fasta raketboosters enkelt förvaras i rumstemperatur, måste bränslen i kärnstadiet förvaras vid -253 ℃ för flytande väte och -183 ℃ för flytande syre. Det är därför du ser ark av is som klipper av raketer när de lyfter – bränslekärlen är så kalla att de fryser fukt från den omgivande luften.

Men det finns en annan intressant kemi som händer när vi behöver tända bränslet. Beroende på bränslekällan kan raketer antändas elektriskt genom ett glorifierat tändstift... eller kemiskt.

Om du någonsin har sett en rymduppskjutning och hört talas om "TEA-TEB-tändning", så syftar det på trietylaluminium och trietylboran. Dessa två kemikalier är pyrofora - vilket betyder att de kan fatta eld spontant när de utsätts för luft.

Upprätthålla livet bland stjärnorna

Det är inte bara raketer som drivs av kemi. Livsuppehållande system i rymden är beroende av kemiska processer som håller våra astronauter vid liv och andas – något som vi på jorden ofta tar för givet.

Vi vet alla vikten av syre, men vi andas också ut koldioxid som en giftig avfallsprodukt när vi andas. Så, vad händer med koldioxid i den förseglade miljön i en rymdkapsel som de i Apollo Moon-uppdragen eller på den internationella rymdstationen (ISS)?

Kommer du ihåg att Tom Hanks försökte passa in en fyrkantig pinne i ett runt hål i filmen Apollo 13? Det var koldioxidskrubbrar som NASA använde för att avlägsna denna giftiga gas från det inre av rymdkapslar.

Dessa skrubbrar är förbrukningsbara filter packade med litiumhydroxid (liknande en kemikalie du kan hitta i avloppsrengöringsvätska) som fångar upp koldioxidgas genom enkel syra-baskemi. Även om dessa skrubbrar är mycket effektiva för att ta bort koldioxid och låter astronauter andas lätt, har filtren en begränsad kapacitet. När de väl är mättade är de inte längre effektiva.

Så för utökade rymduppdrag är det inte möjligt att använda litiumhydroxidfilter. Forskare utvecklade senare ett system som använder en återanvändbar koldioxidskrubber gjord med mineraler som kallas zeoliter. Med zeolit ​​kan den infångade koldioxiden släppas ut i rymden, och filtren är då fria att fånga upp mer gas.

Men 2010 hittade forskare ett ännu bättre sätt att hantera koldioxid, genom att förvandla denna avfallsprodukt till en annan viktig komponent för livet:vatten.

Från avfall till resurs

Environmental Control and Life Support System på ISS ersätter koldioxidscrubbers med koldioxidreduktionssystemet, även känt som Sabatier-systemet. Den är uppkallad efter den kemiska reaktion som är central för dess funktion, som i sin tur är uppkallad efter dess upptäckare, kemi Nobelpristagaren 1912 Paul Sabatier.

Detta system kombinerar koldioxid med vätgas för att bilda vatten och metan. Metangasen ventileras ut i rymden och genom en process som kallas hydrolys delas vattnet upp i andningsbart syre och vätgas. Den senare återvinns sedan för att omvandla mer koldioxid till vatten.

Denna process är inte bara användbar för rymdutforskning. Närmare hemmet forskar kemister på liknande system för att potentiellt hantera utsläpp av växthusgaser – även om det inte är något universalmedel, kan Sabatier-reaktionen hjälpa oss att återvinna lite koldioxid här på jorden.

Samtidigt syftar NASA:s Artemis Moon-uppdrag till att landa den första kvinnan och den färgade personen på månen och etablera en långsiktig mänsklig närvaro i en månbas. Sabatier-reaktionen och andra föga berömda kemiska processer kommer att vara nyckeln till mänsklighetens fortsatta rymdsträvanden. + Utforska vidare

Att göra metan på Mars

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.