Gli astronauti vanno nello spazio dal 1961, ma non hanno ancora un frigorifero da usare per mantenere il cibo freddo durante lunghe missioni sulla luna o su Marte.

Attraverso esperimenti condotti in microgravità, un team di ingegneri della Purdue University, Air Squared Inc., e Whirlpool Corporation hanno dimostrato che un prototipo da loro sviluppato potrebbe potenzialmente superare le sfide di far funzionare un frigorifero tradizionale nello spazio proprio come fa sulla Terra.

Il cibo in scatola e essiccato che gli astronauti mangiano attualmente durante le missioni ha una durata di soli tre anni circa. Il progetto della squadra, finanziato dal programma Small Business Innovation Research (SBIR) della NASA, mira a fornire agli astronauti una scorta di cibo che potrebbe durare da cinque a sei anni.

All'inizio di questo mese, il team ha condotto tre esperimenti per testare vari aspetti del design del frigorifero a bordo di un aereo appositamente progettato che ha volato in condizioni di microgravità 30 volte, per intervalli di 20 secondi, durante ciascuno dei quattro voli. L'aereo, L'esclusivo laboratorio di ricerca senza peso di Zero Gravity Corporation (ZERO-G), è l'unico spazio di prova del suo genere negli Stati Uniti.

Dati analizzati finora dagli esperimenti sui voli, supportato dal programma Flight Opportunities della NASA, indicano due grandi successi del prototipo del team. Primo, il prototipo può funzionare altrettanto bene in microgravità quanto a terra. Secondo, il team ha determinato che il prototipo non aveva maggiori probabilità di allagarsi in condizioni di microgravità rispetto alla gravità normale. L'allagamento di liquidi potrebbe danneggiare un frigorifero.

Il team sta continuando ad analizzare i dati di volo raccolti.

"Vogliamo avere un ciclo di refrigerazione che sia resistente alla gravità zero e funzioni secondo le normali specifiche, " disse Eckhard Groll, un professore e capo della School of Mechanical Engineering di Purdue. "La nostra analisi preliminare mostra chiaramente che il nostro design consente alla gravità di avere un impatto minore su quel ciclo".

Un design promettente per il frigorifero spaziale

I ricercatori non sono i primi a tentare di costruire un frigorifero come quelli usati sulla Terra per le missioni spaziali, ma sono tra i pochi che ci hanno provato da quando gli astronauti hanno camminato sulla luna nel 1969. Anche se gli esperimenti sui frigoriferi sono stati prima nello spazio, o non funzionavano molto bene o alla fine si sono rotti.

In pratica, il design del frigorifero raffredderebbe il cibo attraverso un ciclo di compressione del vapore, simile al processo che un tipico frigorifero utilizza sulla Terra, ma senza bisogno di olio. Avere un ciclo di compressione del vapore senza olio elimina le preoccupazioni sul fatto che l'olio non fluisca dove dovrebbe a gravità zero.

Il prototipo del team ha le dimensioni di un forno a microonde, ideale per essere potenzialmente inserito nei sistemi rack della Stazione Spaziale Internazionale, Rack ESPRESSI, che memorizzano i payload degli esperimenti di ricerca. Air Squared ha realizzato al suo interno il prototipo e il compressore oil-free, che funge da cuore del frigorifero.

Gli esperimenti del team miravano a testare un'ipotesi comune secondo cui spingere il liquido refrigerante attraverso un ciclo di compressione del vapore a una velocità più elevata ridurrebbe gli effetti della gravità sulle prestazioni del frigorifero. Un'analisi dettagliata dei dati mostrerà se il vincolo di queste alte velocità di flusso e la grande caduta di pressione che creano possono essere rimossi, che potrebbe migliorare le prestazioni del frigorifero risparmiando energia.

Due esperimenti costruiti dai ricercatori di Purdue hanno volato con l'esperimento prototipo per valutare come la microgravità ha influenzato le prestazioni del progetto e la suscettibilità alle inondazioni di liquidi. Whirlpool Corporation ha fornito componenti per gli esperimenti sui frigoriferi e competenze su come integrare questi componenti, eseguire gli esperimenti e confezionare il prototipo in modo da soddisfare i requisiti per l'uso in un ambiente di microgravità a lungo termine come la Stazione Spaziale Internazionale.

Testare un frigorifero per lo spazio mentre si è ancora sulla Terra

Prima dei voli, I ricercatori della Purdue hanno dimostrato attraverso uno degli esperimenti che un ciclo di compressione del vapore senza olio può funzionare in diversi orientamenti, anche capovolto. Se un frigorifero può funzionare in qualsiasi posizione, le squadre spaziali non dovrebbero preoccuparsi di assicurarsi che il frigorifero sia rivolto verso l'alto in corrispondenza di un atterraggio.

"Il fatto che i cicli di refrigerazione abbiano funzionato continuamente in microgravità durante i test senza problemi apparenti indica che il nostro progetto è un ottimo inizio, " ha detto Leon Brendel, un dottorato di ricerca Purdue studente in ingegneria meccanica. "La nostra prima impressione è che la microgravità non alteri il ciclo in modi di cui non eravamo consapevoli quando abbiamo testato gli effetti della gravità sul design del frigorifero a terra, ruotandolo e inclinandolo".

Grollo, Brendel e Paige Beck, una specializzazione junior Purdue in ingegneria meccanica, condotto gli esperimenti sui voli, insieme ai membri del team di Air Squared e Whirlpool Corporation. Per ogni volo, l'aereo ha eseguito 30 parabole tra cui marziana, lunare e microgravità.

"Fluttuare con gli esperimenti è un po' come nuotare, tranne che non hai resistenza intorno a te e devi lavorare per ottenere i dati allo stesso tempo. È stato abbastanza divertente, ma dovevo ricordarmi di non diventare arrogante, " ha detto Beck, che ha avuto la sfida di tenersi in posizione per raccogliere dati da un esperimento a intervalli regolari e contemporaneamente registrare le sue azioni in un microfono.

Altre attività impegnative prevedevano la rapida modifica dei parametri tra le parabole o la rotazione leggermente di una valvola a spillo mentre galleggiava.

"A volte ero troppo lento. Ma impari mentre vai, e abbiamo ottenuto con successo i dati di cui avevamo bisogno, " ha detto Brendel.

Il team completerà l'analisi dei dati nelle prossime settimane.