WSU-onderzoekers hebben de oude Japanse kunst van het vouwen van papier gebruikt om mogelijk een belangrijke uitdaging voor de ruimtevaart op te lossen:het opslaan en verplaatsen van brandstof naar raketmotoren.

De onderzoekers hebben een op origami geïnspireerde, gevouwen plastic brandstofblaas die niet barst bij superkoude temperaturen en ooit kan worden gebruikt om brandstof op te slaan en te pompen. Onder leiding van promovendus Kjell Westra en Jake Leachman, universitair hoofddocent aan de School of Mechanical and Materials Engineering, de onderzoekers hebben hun werk gepubliceerd in het tijdschrift, Cryogenics .

De uitdaging van het brandstofbeheer is een belangrijke beperkende factor geweest in de ruimtevaart, de ruimtevaart grotendeels beperkt tot kortere reizen voor grote hoeveelheden vracht of tot kleine satellieten voor langdurige missies. In de begindagen van het Amerikaanse ruimteprogramma in de jaren zestig en zeventig, onderzoekers probeerden ronde ballonnen te ontwikkelen om vloeibare waterstofbrandstof op te slaan en te pompen. Ze faalden. Elke blaas zou verbrijzelen of lekken terwijl ze probeerden hem samen te drukken bij de vereiste zeer koude temperaturen voor de vloeibare brandstoffen. De hartelijkste ontwerpen duurden slechts vijf cycli.

De onderzoekers gaven de inspanning op en gingen in plaats daarvan vertrouwen op minder ideale drijfgasbeheersapparatuur. Huidige systemen gebruiken metalen platen en het principe van oppervlaktespanning om vloeibare brandstoffen te beheren, maar de systemen zijn traag en kunnen slechts kleine hoeveelheden brandstof naar buiten druppelen, dus de grootte van brandstoftanks en missies zijn beperkt.

"Mensen proberen al heel lang zakken voor raketbrandstof te maken, "Zei Leachman. "We doen momenteel geen grote, lange reizen omdat we de brandstof niet lang genoeg in de ruimte kunnen opslaan."

Door middel van literatuuronderzoek Westra kwam op een paper waarin onderzoekers enkele op origami gebaseerde balgen ontwikkelden. Onderzoekers begonnen origami in de jaren tachtig en negentig te bestuderen met het idee om gebruik te maken van de complexe vormen en interessant mechanisch gedrag. De origami vouwen spreiden spanningen uit op het materiaal, waardoor het minder snel scheurt. Met behulp van een dunne, Mylar plastic blad, Westra en medewerkers van het Hydrogen Properties for Energy Research-laboratorium besloten het ontwerp dat hij zag toe te passen om een ​​brandstofblaas te ontwikkelen.

"De beste oplossingen zijn degene die al kant-en-klaar zijn en die je vervolgens kunt overzetten naar waar je aan werkt, ' zei Wester.

Ik heb nog nooit origami geprobeerd, hij zei dat het een paar pogingen en een paar uur kostte met een YouTube-video om erachter te komen hoe de balg moest worden gevouwen. Toen hij het eenmaal had opgevouwen, hij testte het in vloeibare stikstof bij ongeveer 77 graden Kelvin. De onderzoekers ontdekten dat de blaas onder koude omstandigheden minstens 100 keer kan worden samengeknepen zonder te breken of te lekken. Sindsdien hebben ze de balg vele malen gedemonstreerd, en er zitten nog steeds geen gaten in.

"We denken dat we een belangrijk probleem hebben opgelost dat iedereen tegenhield, "Zei Leachman. "Daar zijn we best opgewonden over."

De onderzoekers beginnen nu strengere tests uit te voeren. Ze zijn van plan testen te doen met vloeibare waterstof, beoordelen hoe goed ze brandstof kunnen opslaan en uitstoten en de stroomsnelheden van hun blaas vergelijken met de huidige systemen. Westra ontving onlangs een NASA-afstudeerbeurs om het project voort te zetten.

"Het succes van Kjell is een perfect voorbeeld van geweldige WSU-studenten die bestuderen wat er is en dan op het juiste moment op de juiste plaats zijn om het waar te maken, ' zei Leachman.