raketter, fordampende dråber og røntgenstrålende metaller

Års forberedelse, og finalen er slut om seks minutter. Denne måned vil en sonderende raket affyre to ESA-eksperimenter i en højde af 260 km for at give seks minutters vægtløshed, når de falder frit tilbage til Jorden.

Raketter, der transporterer satellitter i kredsløb, opsendes typisk fra steder omkring ækvator, såsom Europas rumhavn i Kourou, Fransk Guyana. Der er alternativer til eksperimenter med mikrotyngdekraft og ESA kører Maser-kampagner fra Esrange Space Center i Sverige, skyder 400 kg videnskabeligt udstyr op i himlen.

Dette års kampagne vil være vært for undersøgelser, der ser på de finere detaljer i metalstøbning, og hvordan væsker fordamper.

Fordampende nano-væsker

Temperaturkontrol er en konstant bekymring for ingeniører på Jorden, men endnu mere i rummet, hvor det ekstreme miljø kræver innovative løsninger for at holde udstyr og astronauter ved den rigtige temperatur.

ARLES-eksperimentet (Advanced Research on Liquid Evaporation in Space) undersøger, hvordan væsker fordamper i mikrogravitation. Forskningen fokuserer på at forstå, hvordan væsker bedst kan bruges til at overføre varme og kan hjælpe med at forbedre termiske kontrolsystemer i rummet.

Eksperimentet vil gentagne gange fordampe dråber på mindre end 10 mikroliter i mikrotyngdekraft under forskellige forhold - herunder tilføjelse af et elektrisk felt til blandingen - for at se, hvordan de opfører sig. Infrarød video og interferometre registrerer processen, som forskere over hele verden kan analysere.

En væske vil omfatte grafennanopartikler, et materiale, som er af særlig interesse blandt det videnskabelige samfund. Forsøget vil også øge forståelsen af, hvordan nanopartikler i væsken dækker overflader, når væsken fordamper.

Daniele Mangini, ESA's videnskabskoordinator for eksperimentet siger, "Denne teknik kunne være en ny måde at skabe smarte belægninger på, membraner og sensorer og endda skabe komplekse nanostrukturer. Nanopartikler er svære at teste i det lukkede miljø på den internationale rumstation, så en klingende raketkampagne er ideel til dette eksperiment.

"Vægtløshed er nødvendig for denne analyse. På jorden, tyngdekraften får aflejringerne til at sprede sig ujævnt, hvilket ofte er skadeligt for applikationer. Det er sværere at undersøge de underliggende fænomener, fordi mange effekter, såsom sedimentation, termokapillaritet og naturlig konvektion gør det svært at fokusere på det, vi er interesseret i at forske i.

"De seks spændende minutter i mikrotyngdekraft vil give det videnskabelige hold mulighed for at skille processerne ud, hjælper med at forstå karakteristiske signaturer under aflejring af nanopartikler og selvsamling."

Dyrkning af metalkrystaller

I det andet ESA-eksperiment, partikler vil også blive tilføjet til en smeltet metallegering for at forbedre de resulterende egenskaber. XRMON-eksperimentet er en tilbagevendende flyer på raketter, der sonderer, og undersøger, hvordan metallegeringer dannes, søger at forbedre de materialer, vi bruger i vores hverdag.

På denne 14. Maser-kampagne vil et 0,2 mm tyndt stykke aluminium-kobber-legering blive smeltet og derefter størknet i vægtløshed. En røntgenstråle vil oplyse metalprøven, og et kamera vil optage den, ligner en medicinsk røntgen.

"Vi lærer, hvordan metaller størkner til studerende på universitetet, og dette giver os virkelig mulighed for at se det ske, i vægtløshed", siger ESA's videnskabskoordinator for dette eksperiment Wim Sillekens.

Forskere er interesserede i, hvordan mikrostrukturer dannes, når metallet størkner.

"På jorden, krystallerne i denne legering vil stige i væsken, efterhånden som de dannes - lidt ligesom hvordan vandiskrystaller bliver til isterninger og vil stige til toppen af ​​din drink, fortsætter Wim, "i vægtløshed er der ingen opdrift - i rummet ville en isterning blive suspenderet i din drink - hvilket giver os mulighed for lettere at undersøge den krystaldannende proces."

XRMON-eksperimentet kørte på Maser 12-kampagnen i 2012, og derefter på Maser 13-kampagnen i 2015, men med forskellige parametre, der gør det muligt for forskere at sammenligne data og den støbte legering for yderligere at forbedre teknikker.

Nede på jorden

Det tager kun Maser-raketten 45 sekunder at forlade atmosfæren, og den lander tilbage på Jorden på mindre end 15 minutter. Faldskærme udsendes for at mindske påvirkningen af ​​landing til 30 km/t i Sveriges ørken.

Antonio Verga, ESA's chef for ikke-rumstationer nyttelast og platforme, siger "Helikoptere vil returnere eksperimenterne til Esrange, og hele processen vil være afsluttet på to timer, men de unikke resultater giver typisk mange års data at behandle og analysere!"

Flyvningerne er en del af ESA's SciSpace-program, der giver forskere mulighed for at udføre eksperimenter med ændret tyngdekraft – fra hypergravitation til den internationale rumstation – for at undersøge vores univers og forbedre den teknologi, vi bruger i rummet og i hverdagen. Endnu en klingende raketkampagne vil blive afholdt i oktober i år.

En anden platform for mikrogravitationseksperimenter er Space Rider-laboratoriet. Skal opsendes på en Vega-C raket, det højteknologiske rumlaboratorium kan rumme op til 800 kg nyttelast inde i det miljøkontrollerede lastrum, der vil køre i lavt kredsløb om Jorden i minimum to måneder, før det returnerer dets nyttelast til Jorden.

Som klingende raketter, Space Rider vil muliggøre en række eksperimenter i mikrotyngdekraft og åbne muligheder for uddannelsesmissioner, starter i 2022.