Soms is de beste oplossing voor een complex probleem de eenvoudigste. Dat is de benadering die het Capillary Structures for Exploration Life Support (Capillary Structures)-team heeft gekozen bij het ontwerpen van het vloeistoffysica-onderzoek aan boord van het internationale ruimtestation. Het onderzoek naar capillaire structuren maakt gebruik van capillaire werking, of het vermogen van een vloeistof om door nauwe ruimtes te stromen, zoals kleine buizen, om vloeistoffen en gassen in microzwaartekracht te verplaatsen, een taak die niet kan worden getest in de zwaartekrachtomgeving van de aarde.

Levensondersteunende technologie aan boord van elk ruimtevaartuig is van vitaal belang, vooral omdat bemanningen verder van de aarde en de verre ruimte in gaan. Veel levensondersteunende systemen functioneren anders in de microzwaartekrachtomgeving van het ruimtestation dan op aarde, inclusief de manier waarop vloeistoffen zich verzamelen op en over oppervlakken bewegen.

Momenteel, de levensondersteunende systemen aan boord van het ruimtestation vereisen speciale apparatuur om vloeistoffen en gassen te scheiden. Deze technologie maakt gebruik van roterende en bewegende delen die, indien gebroken of anderszins gecompromitteerd, kan verontreiniging en/of systeemstoringen veroorzaken. Het onderzoek naar capillaire structuren bestudeert een nieuwe methode voor waterrecycling en verwijdering van koolstofdioxide met behulp van structuren die in specifieke vormen zijn ontworpen om vloeistof- en gasmengsels in microzwaartekracht te beheren.

In tegenstelling tot de dure, op machines gebaseerde processen die momenteel aan boord van het station worden gebruikt, de apparatuur voor capillaire structuren bestaat uit kleine, 3D-geprinte geometrische vormen van verschillende groottes die op hun plaats klikken.

De impact van dit onderzoek kan ook de mensen op aarde ten goede komen. Onderzoek verzameld tijdens dit onderzoek zal ons leren over het gebruik van geometrie om verdamping te optimaliseren, efficiëntere waterterugwinningssystemen, passieve zuiveringsmethoden, andere benaderingen van waterverwerking op aarde.

Het eerste van dit tweedelige onderzoek richt zich op verdamping, een proces dat specifiek wordt beïnvloed door de zwaartekracht en een proces dat niet duidelijk is in de microzwaartekrachtomgeving van de ruimte.

"Als je controleerbare verdamping in de ruimte zou kunnen doen, je zou van alles kunnen doen", zei Mark Weislogel, een van de hoofdonderzoekers van het project. "Je zou urine kunnen verdampen en al het water kunnen terugwinnen. Alles. Als je een manier had om de vloeistof passief vast te houden, geen bewegende delen zoals een plas op aarde doet, maar in de ruimte dan zou je veel unieke bewerkingen kunnen doen, veilig en zonder onderhoud."

Bemanningsleden vullen elke structuur terwijl onderzoeksteams op de grond het gedrag van de vloeistoffen gedurende een paar dagen observeren via time-lapse-fotografie. Resultaten van het onderzoek kunnen leiden tot de ontwikkeling van nieuwe processen die eenvoudig, betrouwbaar, en zeer betrouwbaar in het geval van een elektrische storing of andere mechanische systeemstoring.

"We gaan gedetailleerde informatie krijgen over hoe de vloeistof uit de structuren verdampt, " zei Kyle Viestenz, medeonderzoeker van het project. "De structuren zijn zo opgezet dat ze verschillende geometrieën hebben, verschillende hoeken, verschillende hoogtes, al deze verschillende parameters die we in deze structuren variëren om kwantitatieve gegevens van verdamping bij lage zwaartekracht te krijgen."

Het tweede deel van het onderzoek demonstreert het gebruik van vloeistoffen in een systeem voor het verwijderen van kooldioxide, het zogenaamde Carbon Dioxide Liquid Sorbent System. Dit systeem maakt gebruik van een netwerk van "watervallen" om een ​​vloeibaar sorptiemiddel, of een materiaal dat wordt gebruikt om gassen te absorberen, in contact komen met lucht, waardoor de kooldioxide door de vloeistof kan worden afgevoerd. Natuurlijk, in een microzwaartekrachtomgeving, de vloeistof "valt niet, " maar wordt aangedreven door oppervlaktespanningskrachten die passief worden gegenereerd door de unieke oppervlaktegeometrie van de capillaire structuren.

Bestaat ook uit 3D-geprinte capillaire structuren, dit deel van het onderzoek is geoptimaliseerd om vloeistoffen door de structuren te laten stromen, in plaats van gewoon te verdampen.

"Een van de dingen die nodig zijn om de koolstofdioxide uit de lucht te schrobben, is om de vloeistof in meerdere kanalen te splitsen om een ​​groot oppervlak voor de reactie te bereiken, " zei Viestenz. "In dit onderzoek, we gaan de stroom opsplitsen in meerdere parallelle open passages en ze opnieuw herinneren - iets dat nog niet eerder is gedaan en een grote bijdrage zal leveren aan het demonstreren van dit soort technologie. De resultaten zijn breed toepasbaar op vloeibare brandstoffen, drijfgassen, en koelvloeistoffen, evenals talloze passieve waterbeheeroperaties voor levensondersteuning"