Undersøgelse tester nye metoder til genbrug af vand i rummet

Nogle gange er den bedste løsning på et komplekst problem den enkleste. Det er den tilgang, som Capillary Structures for Exploration Life Support (Capillary Structures)-holdet tog, da de designede væskefysikundersøgelsen ombord på den internationale rumstation. Kapillærstrukturundersøgelsen bruger kapillærvirkning, eller en væskes evne til at strømme gennem et snævert rum, såsom små rør, at flytte væsker og gasser i mikrogravitation, en opgave, der ikke kan testes i Jordens tyngdekraftsmiljø.

Livsunderstøttende teknologi ombord på ethvert rumfartøj er af afgørende betydning, især når besætninger bevæger sig længere væk fra Jorden og ind i det dybe rum. Mange livsunderstøttende systemer fungerer anderledes i rumstationens mikrogravitationsmiljø, end de ville på Jorden, herunder måden, hvorpå væsker samles på og bevæger sig hen over overflader.

I øjeblikket, de livsunderstøttende systemer ombord på rumstationen kræver særligt udstyr til at adskille væsker og gasser. Denne teknologi anvender roterende og bevægelige dele, hvis brudt eller på anden måde kompromitteret, kan forårsage kontaminering og/eller systemfejl. Undersøgelsen af ​​kapillære strukturer studerer en ny metode til genbrug af vand og fjernelse af kuldioxid ved hjælp af strukturer designet i specifikke former til at håndtere væske- og gasblandinger i mikrogravitation.

I modsætning til de dyre, maskinbaserede processer, der i øjeblikket er i brug ombord på stationen, Kapillærstrukturudstyret består af små, 3-D printede geometriske former i forskellige størrelser, der clipses på plads.

Virkningen af ​​denne forskning kan også gavne dem på Jorden. Forskning indsamlet under denne undersøgelse vil lære os om at bruge geometri til at optimere fordampning, mere effektive vandgenvindingssystemer, passive oprensningsmetoder, andre vandbehandlingsmetoder på Jorden.

Den første af denne todelte undersøgelse fokuserer på fordampning, en proces, der er specifikt påvirket af tyngdekraften, og en proces, der ikke er tydelig i rummets mikrotyngdekraftsmiljø.

"Hvis du kunne foretage kontrollerbar fordampning i rummet, du kunne gøre alle mulige ting," sagde Mark Weislogel, en af ​​projektets hovedefterforskere. "Du kunne fordampe urin og genvinde alt vandet. Alt det. Hvis du havde en måde at holde væsken i en passiv, ikke-bevægelige dele som en vandpyt gør på jorden, men i rummet, så kan du lave en masse unik behandling, sikkert og uden vedligeholdelse."

Besætningsmedlemmer vil udfylde hver struktur, mens forskerhold på jorden observerer væskernes opførsel over et par dage via time-lapse-fotografering. Resultater fra undersøgelsen kan føre til udvikling af nye processer, der er enkle, troværdig, og yderst pålidelig i tilfælde af en elektrisk fejl eller anden mekanisk systemfejl.

"Vi vil få detaljerede oplysninger om, hvordan væsken fordamper ud af strukturerne, " sagde Kyle Viestenz, medundersøger for projektet. "Strukturerne er sat op til at have forskellige geometrier, forskellige vinkler, forskellige højder, alle disse forskellige parametre, som vi varierer på tværs af disse strukturer for at få kvantitative data om fordampning ved lav tyngdekraft."

Den anden del af undersøgelsen viser brugen af ​​væsker i et system til fjernelse af kuldioxid, kaldet Carbon Dioxide Liquid Sorbent System. Dette system bruger et netværk af "vandfald" til at bringe en flydende sorbent, eller et materiale, der bruges til at absorbere gasser, i kontakt med luft, tillader kuldioxiden at blive båret væk af væsken. Selvfølgelig, i et mikrogravitationsmiljø, væsken "falder ikke, "men er drevet af overfladespændingskræfter genereret passivt af kapillærstrukturernes unikke overfladegeometri.

Består også af 3-D printede kapillærstrukturer, denne del af undersøgelsen er optimeret til, at væsker kan strømme gennem strukturerne, i stedet for blot at fordampe.

"En af de ting, der er nødvendige for at skrubbe kuldioxiden ud af luften, ville være at opdele væsken i flere kanaler for at opnå et højt overfladeareal for reaktionen, " sagde Viestenz. "I denne undersøgelse, vi kommer til at dele strømmen op i flere parallelle åbne passager og huske dem igen – noget, der ikke er blevet gjort før, og som vil gå langt med at demonstrere denne form for teknologi. Resultaterne er bredt anvendelige til flydende brændstoffer, drivmidler, og kølemidler samt utallige passive vandhåndteringsoperationer til livsstøtte"