science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Om astronauten beter voedsel te geven, ingenieurs testen een koelkastprototype in microzwaartekracht

Eckhard Groll (midden, hieronder) en Leon Brendel (midden, hierboven) zich voorbereiden op het verzamelen van gegevens van hun experimenten aan boord van een ZERO-G-vlucht. Krediet:Stephen Boxall/ZERO-G (www.gozerog.com)

Astronauten gaan al sinds 1961 naar de ruimte, maar ze hebben nog steeds geen koelkast om voedsel koud te houden tijdens lange missies naar de maan of Mars.

Door experimenten uitgevoerd in microzwaartekracht, een team van ingenieurs van Purdue University, Air Squared Inc., en Whirlpool Corporation heeft aangetoond dat een door hen ontwikkeld prototype de uitdagingen zou kunnen overwinnen om een ​​traditionele koelkast in de ruimte net zo goed te laten werken als op aarde.

Het ingeblikte en gedroogde voedsel dat astronauten momenteel tijdens missies eten, is slechts ongeveer drie jaar houdbaar. Het project van het team, gefinancierd door NASA's Small Business Innovation Research (SBIR) -programma, heeft tot doel astronauten een voedselvoorraad te geven die vijf tot zes jaar mee kan gaan.

Eerder deze maand, het team voerde drie experimenten uit om verschillende aspecten van het koelkastontwerp te testen aan boord van een speciaal ontworpen vliegtuig dat 30 keer in microzwaartekracht vloog - met intervallen van 20 seconden - tijdens elk van de vier vluchten. Het vliegtuig, Zero Gravity Corporation's (ZERO-G) unieke gewichtloze onderzoekslaboratorium, is de enige testruimte in zijn soort in de Verenigde Staten.

Gegevens die tot nu toe zijn geanalyseerd van de experimenten op de vluchten, ondersteund door NASA's Flight Opportunities-programma, wijzen op twee grote successen van het prototype van het team. Eerst, het prototype kan net zo goed werken in microzwaartekracht als op de grond. Tweede, het team stelde vast dat het prototype niet meer kans had om te overstromen bij microzwaartekracht dan bij normale zwaartekracht. Overstromingen van vloeistoffen kunnen een koelkast beschadigen.

Het team blijft de verzamelde vluchtgegevens analyseren.

"We willen een koelcyclus hebben die bestand is tegen zwaartekracht en werkt volgens normale specificaties, " zei Eckhard Groll, een professor en hoofd van Purdue's School of Mechanical Engineering. "Onze voorlopige analyse laat duidelijk zien dat ons ontwerp ervoor zorgt dat de zwaartekracht minder invloed heeft op die cyclus."

Standaard koelkasten gebruiken dampcompressie om uw voedsel af te koelen. Maar in de ruimte, er is geen zwaartekracht om dampen en vloeistoffen veilig te houden. Purdue-onderzoekers hebben samengewerkt met NASA, Air Squared Inc., en Whirlpool Corporation om een ​​prototype koelkast te maken die werkt zonder zwaartekracht, het bewaren van voedsel voor mogelijke ruimtevluchten op lange termijn. Krediet:Alain Bucio/Air Squared Inc., ZERO-G (www.gozerog.com), Purdue universiteit

Een veelbelovend ruimtekoelkastontwerp

De onderzoekers zijn niet de eersten die proberen een koelkast te bouwen zoals die op aarde wordt gebruikt voor ruimtemissies, maar ze behoren tot de weinigen die het hebben geprobeerd sinds astronauten in 1969 op de maan liepen. Ook al zijn er al eerder koelkastexperimenten in de ruimte geweest, ze werkten niet erg goed of gingen uiteindelijk kapot.

In praktijk, het koelkastontwerp zou voedsel koelen door middel van een dampcompressiecyclus, vergelijkbaar met het proces dat een typische koelkast op aarde gebruikt, maar zonder olie. Het hebben van een olievrije dampcompressiecyclus neemt de zorgen weg dat olie niet stroomt waar het zou moeten in gewichtloosheid.

Het prototype van het team is ongeveer zo groot als een magnetron, ideaal om mogelijk in de reksystemen van het internationale ruimtestation te passen, EXPRESS-rekken, die de payloads van onderzoeksexperimenten opslaan. Air Squared bouwde het prototype en de olievrije compressor binnenin, die fungeert als het hart van de koelkast.

De experimenten van het team waren bedoeld om een ​​algemene hypothese te testen dat het met een hogere snelheid door een dampcompressiecyclus duwen van koelvloeistof de effecten van de zwaartekracht op de prestaties van de koelkast zou verminderen. Een gedetailleerde analyse van de gegevens zal uitwijzen of de beperking van deze hoge stroomsnelheden en de grote drukval die ze creëren kan worden weggenomen, die de prestaties van de koelkast kunnen verbeteren door energie te besparen.

Twee experimenten gebouwd door Purdue-onderzoekers vlogen met het prototype-experiment om te evalueren hoe microzwaartekracht de prestaties van het ontwerp en de gevoeligheid voor overstroming van vloeistoffen beïnvloedde. Whirlpool Corporation leverde componenten voor de koelkastexperimenten en expertise over hoe deze componenten te integreren, voer de experimenten uit en verpak het prototype op een manier die voldoet aan de vereisten voor gebruik in een langdurige microzwaartekrachtomgeving zoals het internationale ruimtestation.

"Ik moest onthouden om niet eigenwijs te worden, " zei Paige Beck (midden, bovenstaand), die samenwerkte met Leon Brendel (midden, hieronder) om de effecten van microzwaartekracht op een koelkastontwerp voor gebruik in de ruimte te observeren. Purdue senior technisch technicus, Frank Lee (onder), was verantwoordelijk voor het bouwen van de experimentele opstellingen. Krediet:Stephen Boxall/ZERO-G (www.gozerog.com)

Een koelkast testen op ruimte terwijl je nog op aarde bent

Voor de vluchten, Purdue-onderzoekers toonden via een van de experimenten aan dat een olievrije dampcompressiecyclus in verschillende oriëntaties kan werken, zelfs ondersteboven. Als een koelkast in elke positie kan werken, ruimtebemanningen hoeven zich geen zorgen te maken of de koelkast op een overloop met de goede kant naar boven staat.

"Het feit dat de koelcycli tijdens de tests continu in microzwaartekracht werkten zonder duidelijke problemen, geeft aan dat ons ontwerp een zeer goede start is, " zei Leon Brendel, een Purdue Ph.D. student werktuigbouwkunde. "Onze eerste indruk is dat microzwaartekracht de cyclus niet verandert op manieren waarvan we ons niet bewust waren toen we de effecten van zwaartekracht op het koelkastontwerp op de grond testten door deze te draaien en te kantelen."

Grol, Brendel en Paige Beck, een Purdue junior met als hoofdvak werktuigbouwkunde, voerden de experimenten uit op de vluchten, samen met leden van het team van Air Squared en Whirlpool Corporation. Voor elke vlucht, het vliegtuig voerde 30 parabolen uit, waaronder Martian, maan- en microzwaartekracht.

"Zweven met de experimenten is een beetje zoals zwemmen, behalve dat je geen weerstand om je heen hebt en je moet werken om de gegevens tegelijkertijd te krijgen. Het was best leuk, maar ik moest onthouden dat ik niet eigenwijs moest worden, " zei Bek, die de uitdaging had om zichzelf op zijn plaats te houden om met regelmatige tussenpozen gegevens van een experiment te verzamelen en tegelijkertijd haar acties op te nemen in een microfoon.

Andere uitdagende taken waren het snel veranderen van parameters tussen parabolen of het lichtjes draaien van een naaldventiel terwijl je rondzweefde.

"Soms was ik te traag. Maar je leert gaandeweg, en we hebben met succes de gegevens gekregen die we nodig hadden, ' zei Brendel.

Het team zal de komende weken de data-analyse voltooien.