Mensen die ruimtevaartuigen ontwerpen, moeten prioriteit geven aan twee factoren:gewicht verminderen en extreme temperaturen beheersen.

Een nieuw experiment ontworpen door ingenieurs van Purdue University lost beide problemen op. Het stromingskook- en condensatie-experiment (FBCE), die op donderdag (12 augustus) bij het internationale ruimtestation aankwam, zal binnenkort de wetenschap van warmteoverdracht in microzwaartekracht bevorderen.

"Voertuigen zoals de spaceshuttle gebruikten enkelfasige koeling, die vloeistof door buizen circuleert om warmte van de avionica te verwijderen, " zei Issam Mudawar, de Betty Ruth en Milton B. Hollander Family hoogleraar Werktuigbouwkunde, en de hoofdonderzoeker van de FBCE. "Maar deze systemen zijn complex en voegen veel gewicht toe aan het ruimtevaartuig. Wat we hebben onderzocht, is het gebruik van tweefasige stroming, dat is efficiënter en verkleint de koelhardware."

Tweefasige stroom verwijst naar twee fasen van materie - vloeistof en damp - die plaatsvinden tijdens koken en condensatie. In een proces dat bekend staat als "flowkoken, " een gespecialiseerde vloeistof stroomt door een warmtebron, waardoor de vloeistof kookt en belletjes ontstaan. Die dampbellen stromen langs de warmtebron, verwerp de hitte, en condenseer dan terug in vloeistof, die constant recirculeert in een gesloten systeem.

Het is een zeer efficiënt en goed bestudeerd proces, maar één aspect blijft onbekend:is stroming koken in de ruimte even efficiënt als stroming koken op aarde?

Om het antwoord te vinden, Mudawar vormde een onderzoekspartnerschap met het Glenn Research Center van NASA. Zijn team ontwierp en bouwde een experiment om stromingskoken en condensatie in microzwaartekracht te testen, en in 2012 stuurde het team het op de "braakkomeet, " een vliegtuig dat perioden van 15-17 seconden microzwaartekracht simuleert door op en neer vliegende parabolen.

"We ontdekten dat bij bepaalde stroomsnelheden, microzwaartekracht verminderde de hoeveelheid warmteflux met wel 50%, ' zei Mudawar.

In samenwerking met collega's van Glenn Research Center, Het team van Mudawar bleef meerdere factoren in het proces aanpassen, en in de komende jaren stuurde het experiment meerdere keren op parabolische vluchten met Zero Gravity Corporation (ZERO-G). Purdue-studenten waren aan boord om de apparatuur te bedienen.

"Ons doel is altijd geweest om ontwerpspecificaties te bereiken voor het experiment dat daadwerkelijk in de ruimte kan worden uitgevoerd, ' zei Mudawar.

Eerder dit jaar kregen de onderzoekers hun wens. Mudawar en zijn collega's van het Glenn Research Center hadden aan een kleinere versie van het experiment gewerkt om in een specifiek rek op het internationale ruimtestation te passen. In maart, ze bevestigden dat deze nieuwe experimentmodule, FBCE, had alle veiligheids- en gereedheidsbeoordelingen van NASA doorstaan ​​en was klaar om te worden gelanceerd.

"Dit is geen geringe taak, " zei Mudawar. "Elk enkel structureel lid moet voor gewicht en grootte worden geoptimaliseerd. Elke schroef moet worden beoordeeld en gecertificeerd. Het is eigenlijk een goede voorbereiding om toekomstige ruimtevaartuigen lichter te maken, dat is wat we proberen te bereiken!"

Op dinsdag, een Antares-raket gelanceerd vanaf de Mid-Atlantische regionale ruimtehaven op Wallops Island, Virginia. Bovenop de raket bevond zich een Northrop-Grumman Cygnus-ruimtevaartuig met 3, 000 pond voorraden voor de astronauten aan boord van het ISS, evenals de FBCE en drie andere wetenschappelijke experimenten. Cygnus is donderdag aangemeerd bij ISS. Astronauten zullen binnenkort de wetenschappelijke apparatuur door operationele gereedheidsbeoordelingen laten lopen en, later dit jaar, begint het experiment uit te voeren.

"Dit is echt een mijlpaal voor Purdue's ruimteonderzoek, " zei Mudawar. "Ik heb 14 Ph.D. studenten en een masterstudent werken het afgelopen decennium met mij samen aan dit project. En samenwerken met Glenn Research Center was een perfecte samenwerking. Dit wordt het grootste faseveranderingsexperiment dat ooit in de ruimte is uitgevoerd. Hopelijk, wat we van dit experiment leren, kan worden gebruikt om toekomstige ruimtevaartuigen efficiënter te maken, en ons in staat stellen naar de maan te gaan, Mars en verder."