Sprængfyldt med spænding – Et kig på bobler og væsker i rummet

At se en boble flyde ubesværet gennem den internationale rumstation kan være fascinerende og smukt at være vidne til, men den samme boble lærer også forskere om, hvordan væsker opfører sig anderledes i mikrogravitation, end de gør på Jorden. De næsten vægtløse forhold ombord på stationen gør det muligt for forskere at observere og kontrollere en lang række væsker på måder, der ikke er mulige på Jorden, primært på grund af overfladespændingsdynamik og manglen på opdrift og sedimentering i væsker i lavtyngdekraftsmiljøet.

At forstå, hvordan væsker reagerer under disse forhold, kan føre til forbedrede designs på brændstoftanke, vandsystemer og andre væskebaserede systemer til rumfart, såvel som tilbage på jorden.

Mange undersøgelser ombord på det kredsløbende laboratorium fokuserer på væskefysik, herunder bevægelse af væsker eller dannelse af bobler. Som på Jorden, dannelsen af ​​en boble er nogle gange en velkommen tilføjelse, men kan også være en indikation på, at noget er gået galt og skal omarbejdes. Teknologi, undersøgelser, og selv opgaver så simple som drikkevand skal tage bobler i betragtning for at blive tilpasset til at være funktionelle i et mikrogravitationsmiljø.

Her er flere undersøgelser, der bruger bobler eller væskefysik til deres fordel.

• Observationsanalysen af ​​Smectic Islands in Space (OASIS) undersøgelsen undersøgte flydende krystallers unikke adfærd i mikrogravitation, bemærker den måde, hvorpå disse krystaller virker som både et fast stof og en væske. Frit suspenderede krystalbobler i mikrotyngdekraft repræsenterer næsten ideelle væskesystemer, der fysisk og kemisk er de samme til studiet af væsker i bevægelse. At forstå, hvordan disse krystaller opfører sig i rummet, kan føre til forbedringer af rumhjelmens mikroskærme, samt skærmvisninger i højere kvalitet på enheder, der bruger flydende krystalskærme (LCD'er).
• Kapillærstrømningseksperimentet (CFE) søgte at løse problemet med at overføre væske fra en beholder til en anden i rummet. Uden tyngdekraft, væsker flyder ikke på samme måde som de gør på jorden, de samler heller ikke i bunden af ​​en beholder, som du ville forvente dem i tyngdekraften. Forskning viste, at selvom det er svært at kontrollere væskestrømmen i rummet, kapillære kræfter, eller en væskes evne til at strømme gennem et smalt rør uden hjælp fra tyngdekraften, er stadig til stede. Kapillærstrømningseksperiment 2 udvider den væskefysiske forskning udført under CFE ved at udforske væskes evne til at sprede sig over en overflade i mikrogravitation. Resultater fra kapillærstrømningseksperimenterne kan føre til mere effektive væskesystemer ombord på fremtidige rumfartøjer, og en bedre forståelse af kapillærkræfter til stede i porøse materialer såsom sand, jord, væger og svampe.
• Forskere brugte de data, der blev indsamlet under Constrained Vapor Bubble-undersøgelsen til at få en bedre forståelse af fysikken bag fordampning og kondensering, og hvordan de påvirker køleprocesser. Resultaterne fra denne undersøgelse hjalp med udviklingen af ​​enkle modeller for bobledannelse, som kunne hjælpe med at udvikle mere effektive mikroelektroniske kølesystemer.
• Eli Lilly Hard to Wet Surfaces undersøgelsen studerer et materiales evne til at opløses i vand, mens det er i mikrogravitation, og kan kaste lys over, hvorfor stoffer virker mindre effektive i rummet sammenlignet med på Jorden. Resultater fra denne undersøgelse kan hjælpe med at forbedre designet af tabletter, der opløses i kroppen og fører til mere effektiv medicinlevering på Jorden og i rummet.
• Nucleate Pool Boiling Experiment brugte mikrogravitation til at observere boblevækst fra en opvarmet overflade og den efterfølgende frigørelse af boblen til en køligere omgivende væske, og den proces, hvorved bobler kan overføre varme gennem væskestrøm. Oplysninger indsamlet under denne undersøgelse kan føre til optimalt udstyr, der bruges til at overføre varme i barske miljøer såsom det dybe hav, ekstrem kulde og store højder.
• Two-Phase Flow undersøger varmeoverførselsegenskaberne for, hvordan væsker flyder, når de koger i mikrogravitationsmiljøer. Varme fjernes i kogningsprocessen normalt ved at omdanne væske til damp på den opvarmede overflade, og at dampen vender tilbage til en væske i form af kondens, som fortsætter med at cykle og danne et kølesystem. Væske og bobler opfører sig meget anderledes i rummet end på jorden, og denne forskning kan hjælpe med at give en grundlæggende forståelse af bobledannelsens adfærd, flydende dampstrøm i et rør og hvordan varme overføres i kølesystemer.

Designet til at være vært for en bred vifte af undersøgelser, der er flere faciliteter ombord på stationen til at udføre fluidfysiske undersøgelser. Væske integreret stativ, Fluid Science Laboratory, og Fluid Physics Experiment Facility er alle værtsundersøgelser i områder som kolloider, bobler, befugtning, kapillærvirkning og faseændringer.