Le persone che progettano veicoli spaziali devono dare la priorità a due fattori:ridurre il peso e gestire le temperature estreme.

Un nuovo esperimento progettato dagli ingegneri della Purdue University affronta entrambi i problemi. L'esperimento di ebollizione e condensazione del flusso (FBCE), che è arrivato alla Stazione Spaziale Internazionale giovedì (12 agosto), presto farà avanzare la scienza del trasferimento di calore in microgravità.

"Veicoli come lo space shuttle utilizzavano il raffreddamento monofase, che fa circolare il liquido attraverso i tubi per rimuovere il calore dall'avionica, " disse Issam Mudawar, il professore di ingegneria meccanica della famiglia Betty Ruth e Milton B. Hollander, e il principale investigatore della FBCE. "Ma questi sistemi sono complessi e aggiungono molto peso al veicolo spaziale. Quello che abbiamo esplorato è usare il flusso a due fasi, che è più efficiente e riduce le dimensioni dell'hardware di raffreddamento."

Il flusso bifase si riferisce a due fasi della materia, liquido e vapore, che si verificano durante l'ebollizione e la condensazione. In un processo noto come "ebollizione a flusso, " un liquido specializzato scorre da una fonte di calore, che fa bollire il liquido e crea bolle. Quelle bolle di vapore scorrono oltre la fonte di calore, respingere il calore, e poi condensare di nuovo in liquido, che ricircola costantemente in un sistema chiuso.

È un processo altamente efficiente e ben studiato, ma un aspetto rimane sconosciuto:il flusso che bolle nello spazio è efficiente quanto il flusso che bolle sulla Terra?

Per trovare la risposta, Mudawar ha formato una partnership di ricerca con il Glenn Research Center della NASA. Il suo team ha progettato e costruito un esperimento per testare l'ebollizione e la condensazione del flusso in condizioni di microgravità, e nel 2012 il team lo ha inviato sulla "cometa vomito, " un aeroplano che simula periodi di 15-17 secondi di microgravità facendo volare parabole su e giù.

"Abbiamo scoperto che a determinate portate, la microgravità ha effettivamente ridotto la quantità di flusso di calore fino al 50%, "Ha detto Mudawar.

In collaborazione con i colleghi del Glenn Research Center, Il team di Mudawar ha continuato a modificare molteplici fattori nel processo, e nei prossimi anni, ha inviato l'esperimento più volte su voli parabolici con Zero Gravity Corporation (ZERO-G). Gli studenti della Purdue erano a bordo per azionare l'attrezzatura.

"Il nostro obiettivo è sempre stato quello di ottenere le specifiche di progettazione per l'esperimento da eseguire effettivamente nello spazio, "Ha detto Mudawar.

I ricercatori hanno ottenuto il loro desiderio all'inizio di quest'anno. Mudawar e i suoi colleghi del Glenn Research Center stavano lavorando a una versione più piccola dell'esperimento da inserire in un rack specifico sulla Stazione Spaziale Internazionale. A marzo, hanno confermato che questo nuovo modulo sperimentale, FBCE, aveva superato tutte le revisioni di sicurezza e prontezza della NASA ed era pronto per essere lanciato.

"Non è un compito da poco, " Mudawar ha detto. "Ogni singolo elemento strutturale deve essere ottimizzato per peso e dimensioni. Ogni singola vite deve essere valutata e certificata. In realtà è una buona preparazione per cercare di rendere più leggera la futura navicella spaziale, che è quello che stiamo cercando di realizzare!"

Martedì, un razzo Antares lanciato dallo spazioporto regionale del Medio Atlantico sull'isola di Wallops, Virginia. In cima al razzo c'era una navicella spaziale Northrop-Grumman Cygnus che trasportava 3, 000 libbre di rifornimenti per gli astronauti a bordo della ISS, così come la FBCE e altri tre esperimenti scientifici. La Cygnus è attraccata alla ISS giovedì. Gli astronauti utilizzeranno presto l'attrezzatura scientifica attraverso revisioni di prontezza operativa e, entro quest'anno, inizierà a condurre l'esperimento.

"Questa è davvero una pietra miliare per la ricerca spaziale di Purdue, " ha detto Mudawar. "Ho avuto 14 Ph.D. studenti e uno studente di master hanno lavorato con me a questo progetto negli ultimi dieci anni. E collaborare con il Glenn Research Center è stata una partnership perfetta. Questo sarà il più grande esperimento di cambiamento di fase mai condotto nello spazio. Auspicabilmente, ciò che impariamo da questo esperimento può essere utilizzato per rendere più efficienti i futuri veicoli spaziali, e facci andare sulla luna, Marte e oltre".