Forskere tager udforskning af vigtige byggestenspartikler ud i rummet

Som en del af SpaceX's CRS-19 genforsyningsmission til den internationale rumstation (ISS), der blev opsendt 5. december, forskere fra NASA, New Jersey Institute of Technology (NJIT) og New York University (NYU) skal begynde en ny videnskabelig undersøgelse for at udforske, hvordan en gruppe mikroskopiske partikler betragtede som nøgle "byggesten" for materialer og produkter her på Jorden, kendt som kolloide partikler, opføre sig og dannes i nul-tyngdekraft.

Holdets eksperimentelle nyttelast af kolloide prøver, som officielt lagde til ved stationen 8. december, vil blive brugt til for første gang at studere, hvad der sker, når kolloide partikler udsættes for temperaturændringer i fravær af tyngdekraft under rumflyvningsforhold under en række eksperimenter, der skal udføres senere i år, med titlen "Avanceret kolloideksperiment (temperaturstyret) - ACE-T11."

Forskere siger, at ACE-T11 nul-tyngdekraftseksperimenterne giver en unik mulighed for at lære ny information om den grundlæggende fysik, der driver den måde, hvorpå kolloide partikler spredes og forbliver suspenderet i medier såsom væsker for at ændre deres egenskaber - potentielt åbne nye døre i marken af "kolloidal teknik", der kan hjælpe med fremstillingen af ​​næste generations materialer og produkter for at forbedre dagligdagen, samt succesen med fremtidige langdistanceflyvningsmissioner i rummet.

"De eksperimentelle data, vi indsamler i ISS, vil gøre os i stand til strengt at teste og validere teorier for fænomener, der ligger til grund for strukturdannelse i kolloider på en måde, som aldrig er blevet gjort før, " sagde Boris Khusid, NJIT professor i kemi- og materialeteknik og undersøgelsens hovedforsker. "Gennem ACE-T11 eksperimenterne, vi er spændte på at lære indflydelsen af ​​forskellige kræfter, der påvirker kolloide partiklers bevægelse, som drastisk kan forkorte designcyklustider for apparater og processer til en bred vifte af nuværende og fremtidige jord- og rumapplikationer."

Kolloider er et system af objekter på nanometerstørrelse suspenderet i enhver kombination af gas, flydende eller faste medier, og er en af ​​tre hovedtyper af blandinger sammen med opløsninger og suspensioner. Almindelige eksempler på kolloider omfatter tåge eller tåge, når væskedråber spredes i gasmedier, eller røg og støv, når faste kolloide partikler er spredt i gas. For nylig, guidet manipulation af kolloider er blevet et udbredt middel til fremstilling af funktionelle materialer i elektronik, fotonik, livsvidenskab, kemisk industri, og for nylig, 3-D print.

Mens den måde, hvorpå forskellige krystallinske, flydende og glasagtige kolloide strukturer er ofte blevet undersøgt på Jorden for at fremme sådanne tekniske applikationer, tidligere forskning har været begrænset delvist på grund af påvirkning af uønskede tyngdekraftsdrevne processer, såsom partikelsedimentering eller jamming.

I en kontrolleret, mikrogravitationsmiljø ved ISS, disse partikler vil bevæge sig 100, 000 gange langsommere i forhold til hinanden, end de ville tilbage på Jorden, gør dem nemmere at studere. Holdet vil bruge sfæriske kolloide partikler mærket med en fluorofor, der blev syntetiseret ved NYU, og højopløsnings konfokal mikroskopi på stationen for at observere, hvordan partiklerne spredt i væske synkroniserer deres bevægelse til at danne et gentaget mønster, efterhånden som de gradvist introduceres til stigende og faldende temperaturer.

Ifølge NASA, eksperimenterne - som vil blive fjernbetjent fra NASA Glenn Center Control Room - kan forbedre den måde, astronauter producerer materialer på på fremtidige rummissioner, potentielt have "store implikationer for højopløsnings 3-D-udskrivning, fordi de kan udvide antallet af materialer, der kan bruges til at lave 3-D-printede objekter."

"Det ultimative mål er at belyse 'hvordan orden kommer spontant fra uorden' ved at visualisere, hvordan disse individuelle partikler spontant danner en krystallignende regelmæssig, gentagende mønster, der forbliver i orden, selv når de bringes tilbage til Jordens tyngdekraft, " sagde Khusid. "Resultaterne af eksperimenterne kan fremme udviklingen af ​​en strategi for kontrol og manipulation af kolloider på den unikke ISS platform til 3-D printning af materialer, der ikke kan kopieres ved jordbaseret fremstilling."

SpaceX's 19. kommercielle forsyningsmission blev opsendt på SpaceX Falcon 9-raketten og båret ombord på Dragon-rumfartøjet fra Space Launch Complex 40 ved Cape Canaveral Air Force Station i Florida. ACE-T11 eksperimenterne er blandt missionens 2, 600 kg forsyninger og nyttelast, der inkluderer kritiske materialer til direkte at understøtte snesevis af de mere end 250 videnskabelige undersøgelser og teknologidemonstrationer, der er planlagt under ekspedition 61 og 62 på ISS.