JAXA bruger vandflasketeknologi til prøve-retur-missioner fra ISS

Den Internationale Rumstation (ISS) er ikke kun den største og mest sofistikerede forskningsfacilitet i kredsløb, der nogensinde er bygget, det er uden tvivl den vigtigste forskningsfacilitet, vi har. Med sine banebrydende faciliteter og mikrogravitationsmiljø, ISS er i stand til at udføre lukrative eksperimenter, der fører til fremskridt inden for astrobiologi, astronomi, medicin, biologi, rumvejr og meteorologi, og materialevidenskab.

Desværre, omkostningerne ved at transportere eksperimenter til og fra ISS er ret dyre, og noget kun en håndfuld rumfartsorganisationer er i stand til i øjeblikket. For at løse dette, det japanske luftrumsudforskningsagentur (JAXA) og Tiger Corporation samarbejdede i 2018 om at skabe en ny type container, der ville reducere omkostningerne ved at returnere prøver til Jorden. Med succesen med deres oprindelige design, JAXA og Tiger søger at skabe en genbrugelig version, der giver mulighed for regelmæssige prøvereturneringer fra ISS.

Etableret i 1923, Tiger er en international virksomhed baseret i Osaka, Japan, der har specialiseret sig i vakuumisolering og relaterede teknologier. Denne teknologi, som virksomheden har brugt i årtier til at skabe isolerede vandflasker, har også applikationer til udforskning af rummet. I de seneste år, JAXA begyndte at undersøge teknologien til at skabe opbevaringsbeholdere, der kunne holde eksperimentelle prøver kølige under deres tilbagevenden til Jorden.

I september 2018, JAXA lancerede Kounotori 7 (HTV-7) missionen, den syvende flyvning af H-II Transfer Vehicle (HTV). Under transport af forsyninger til ISS, JAXA besluttede at bruge denne flyvning til at validere en ny metode til at transportere prøver af proteinkrystaller (som var en del af et væksteksperiment udført inde i Japans Kibo Laboratory Module) tilbage fra ISS.

Denne bestod af en speciel prøvebeholder (NPL-A100), der var udviklet i fællesskab af JAXA og Tiger, som blev placeret inde i HTV Small Re-entry Capsule (HSRC). Da re-entry-kapslen var for lille til at stole på et elektrisk kølesystem, JAXA og Tiger havde brug for en prøvebeholder, der var afhængig af "passiv isolering"-metoder for at holde indholdet ved stabile temperaturer.

Til sidst, de brugte den samme teknologi som Tiger er afhængig af til at skabe termoflasker i rustfrit stål til at udvikle en dobbeltvægget, vakuumisoleret beholder, der vejede omkring 9,7 kg (21,4 lb). Som Keiji Nakai, som er leder af Produktudviklingsgruppen (3. sektion) hos Tiger forklaret Universet i dag via e-mail, containeren skulle opfylde nogle meget strenge krav:

"Den dobbeltvæggede, Vakuumbeholderen til denne mission skulle holde temperaturen inde i beholderen på 4 grader Celsius ± 2 grader Celsius (39,2 °F ± 3,6 °F) i løbet af fire eller flere dage og beskytte containeren mod den enorme 40G-påvirkning, når den landede i havet ved at vende tilbage til Jorden."

En række kolde pakninger var også inkluderet i kapslen for at sikre, at beholderens temperatur forblev stabil. Missionen var en succes og repræsenterede en stor milepæl for JAXA, som tidligere ikke havde mulighed for selvstændigt at genvinde materialer fra ISS. Ligesom mange rumbureauer, der deltager i ISS, JAXA havde været afhængig af Roscosmos og NASA for at levere transporttjenester.

Det næste trin i JAXA-Tiger-samarbejdet involverer oprettelsen af ​​en mindre, lettere, og mere holdbar beholder, der kan holde prøver stabile ved lavere temperaturer og i længere tid. Men det strengeste krav er, at det skal være holdbart nok til at blive brugt mere end én gang. Sagde repræsentanterne på Tiger, disse og andre specifikationer er gået ind i designet af anden generation NPS-A100 container:

"Vi har reduceret beholderens vægt fra 9,7 kg (21,4 lb) til næsten 3 kg (6,6 lb) og samtidig gjort den mere kompakt. Med tilføjelsen af ​​isposer, den vil holde temperaturer inden for 20 grader Celsius ± 2 grader Celsius (68 °F ± 3,6 °F) i mindst tolv dage, fra det tidspunkt, hvor re-entry-kapslen forlader ISS, til den lander tilbage på Jorden. Vi har også gjort containeren mere holdbar, så den holder mindst tre år eller seks missioner."

NPS-A100 vil sandsynligvis blive transporteret til ISS som en del af CRS-22 kommercielle genforsyningsmission, der er planlagt til begyndelsen af ​​juni og vil involvere en SpaceX Crew Dragon, der transporterer forsyninger og eksperimenter til ISS. Endnu engang, Beholderteknologien vil blive brugt til at returnere proteinkrystaller, der er en del af igangværende biomedicinsk forskning, der finder sted i Kibo-laboratoriet inde i ISS's japanske eksperimentmodul (JEM).

Denne forskning fører til fremskridt inden for medicin og udvikling af nye kure og medicin. Ud over prøvebeholdere, teknologien, der er et resultat af dette samarbejde, har også adskillige kommercielle og industrielle anvendelser. Disse omfatter transportløsninger til medicinske prøver og reagenser, der kræver opbevaring under strenge temperaturforhold.

Det kan også føre til nye applikationer til termisk styring i el- og hybridbiler. Men den mest interessante anvendelse er måske i udviklingen af ​​næste generations byggematerialer, der kunne give høje niveauer af isolering i ekstreme miljøer – såsom Antarktis (hvor forskningsstationer skal spare på varmen) og endda på månen og Mars.

"De potentielle anvendelser af vores vakuumisoleringsteknologi er ubegrænsede, " udtaler Tiger på deres hjemmeside. "Denne teknologi vil understøtte banebrydende felter i enhver industri, hjælpe dem med at lede os mod en dynamik, spændende fremtid."

Opdatering:Det er siden blevet bekræftet, at den nye vakuumbeholder vil blive opsendt ombord på et Crew Dragon-rumfartøj den 3. juni til ISS, som en del af CRS-22-fragtforsyningsmissionen. Tiger Corporation planlægger også at lancere en ny linje af produkter til det amerikanske marked, som foreløbigt er planlagt til september.