For at give astronauterne bedre mad, ingeniører tester en køleskabsprototype i mikrotyngdekraft

Astronauter har rejst til rummet siden 1961, men de har stadig ikke et køleskab at bruge til at holde mad kold på lange missioner til månen eller Mars.

Gennem eksperimenter udført i mikrogravitation, et team af ingeniører fra Purdue University, Air Squared Inc., og Whirlpool Corporation har vist, at en prototype, de udviklede, potentielt kunne overvinde udfordringerne ved at få et traditionelt køleskab til at fungere lige så godt i rummet, som det gør på Jorden.

Den konserverede og tørrede mad, som astronauter i øjeblikket spiser under missioner, har en holdbarhed på kun omkring tre år. Teamets projekt, finansieret af NASA's Small Business Innovation Research (SBIR) program, har til formål at give astronauter en forsyning af mad, der kan holde i fem til seks år.

Tidligere på måneden holdet kørte tre eksperimenter for at teste forskellige aspekter af køleskabsdesignet ombord på et specialdesignet fly, der fløj i mikrotyngdekraft 30 gange - i 20 sekunders intervaller - under hver af fire flyvninger. Flyet, Zero Gravity Corporations (ZERO-G) unikke vægtløse forskningslaboratorium, er det eneste testrum af sin art i USA.

Data analyseret indtil videre fra eksperimenterne på flyvningerne, støttet af NASA's Flight Opportunities-program, angive to store succeser af holdets prototype. Først, prototypen kan fungere lige så godt i mikrogravitation, som den gør på jorden. Sekund, holdet fastslog, at prototypen ikke var mere tilbøjelig til at oversvømme i mikrogravitation end i normal gravitation. Væskeoversvømmelse kan beskadige et køleskab.

Holdet fortsætter med at analysere de indsamlede flydata.

"Vi ønsker at have en kølecyklus, der er modstandsdygtig over for nul tyngdekraft og fungerer efter normale specifikationer, " sagde Eckhard Groll, en professor og leder af Purdues School of Mechanical Engineering. "Vores foreløbige analyse viser tydeligt, at vores design tillader tyngdekraften at have mindre indflydelse på den cyklus."

Et lovende design af pladskøleskab

Forskerne er ikke de første, der forsøger at bygge et køleskab som dem, der bruges på Jorden til rummissioner, men de er blandt de få, der har prøvet, siden astronauter gik på månen i 1969. Selvom køleskabseksperimenter har været i rummet før, de fungerede enten ikke særlig godt eller brød til sidst sammen.

I praksis, køleskabsdesignet ville afkøle mad gennem en dampkompressionscyklus, ligner den proces, som et typisk køleskab bruger på Jorden, men uden behov for olie. At have en oliefri dampkompressionscyklus fjerner bekymringer om, at olie ikke flyder, hvor den skal i nul tyngdekraft.

Holdets prototype er på størrelse med en mikrobølgeovn, ideel til potentielt at passe ind i den internationale rumstations rack-systemer, EXPRESS stativer, der lagrer forskningseksperimenter nyttelast. Air Squared byggede prototypen og den oliefri kompressor indeni, som fungerer som hjertet i køleskabet.

Holdets eksperimenter havde til formål at teste en almindelig hypotese om, at at skubbe kølemiddelvæske gennem en dampkompressionscyklus med en højere hastighed ville reducere tyngdekraftens indvirkning på køleskabets ydeevne. En detaljeret analyse af dataene vil vise, om begrænsningen af ​​disse højstrømningshastigheder og det store trykfald, de skaber, kan fjernes, som kunne forbedre køleskabets ydeevne ved at spare energi.

To eksperimenter bygget af Purdue-forskere fløj med prototypeeksperimentet for at evaluere, hvordan mikrogravitation påvirkede designets ydeevne og modtagelighed for væskeoversvømmelser. Whirlpool Corporation leverede komponenter til køleskabseksperimenterne samt ekspertise i, hvordan man integrerer disse komponenter, køre eksperimenterne og pakke prototypen på en måde, der ville opfylde kravene til brug i et langsigtet mikrotyngdekraftsmiljø, såsom den internationale rumstation.

Tester et køleskab for plads, mens du stadig er på Jorden

Før flyvningerne, Purdue-forskere viste gennem et af eksperimenterne, at en oliefri dampkompressionscyklus kan fungere i forskellige retninger - selv på hovedet. Hvis et køleskab kan fungere i enhver position, rumbesætninger behøver ikke at bekymre sig om at sikre, at køleskabet er med den rigtige side opad ved en landing.

"Det faktum, at kølecyklusserne kørte kontinuerligt i mikrogravitation under testene uden nogen synlige problemer, indikerer, at vores design er en meget god start, sagde Leon Brendel, en Purdue Ph.D. studerende i maskinteknik. "Vores første indtryk er, at mikrotyngdekraften ikke ændrer cyklussen på måder, som vi ikke var klar over, da vi testede virkningerne af tyngdekraften på køleskabets design på jorden ved at rotere og hælde det."

Groll, Brendel og Paige Beck, en Purdue junior med speciale i maskinteknik, udførte eksperimenterne på flyvningerne, sammen med medlemmer af teamet fra Air Squared og Whirlpool Corporation. For hver flyvning, flyet udførte 30 parabler inklusive Martian, måne- og mikrotyngdekraften.

"At flyde rundt med eksperimenterne er ligesom at svømme, bortset fra at du ikke har modstand omkring dig og du skal arbejde for at få dataene samtidig. Det var ret sjovt, men jeg skulle huske på ikke at blive kæphøj, " sagde Beck, som havde udfordringen med at holde sig selv på plads for at indsamle data fra et eksperiment med jævne mellemrum og samtidig optage sine handlinger i en mikrofon.

Andre udfordrende opgaver involverede hurtigt at ændre parametre mellem parabler eller let at dreje en nåleventil, mens den flød rundt.

"Nogle gange var jeg for langsom. Men du lærer, mens du går, og vi fik de data, vi havde brug for, " sagde Brendel.

Holdet vil færdiggøre dataanalyse i de kommende uger.