Forskere bruger origami til at løse rumrejseudfordringer

WSU-forskere har brugt den ældgamle japanske kunst at folde papir til muligvis at løse en nøgleudfordring for rejser i det ydre rum - hvordan man opbevarer og flytter brændstof til raketmotorer.

Forskerne har udviklet en origami-inspireret, foldet plastikbrændstofblære, der ikke revner ved superkolde temperaturer og en dag kan bruges til at opbevare og pumpe brændstof. Ledet af kandidatstuderende Kjell Westra og Jake Leachman, lektor ved School of Mechanical and Materials Engineering, forskerne har offentliggjort deres arbejde i tidsskriftet, Kryogenik .

Udfordringen med brændstofstyring har været en vigtig begrænsende faktor i rumfart, stort set begrænser rumrejser til enten kortere ture for store mængder last eller til små satellitter til langvarige missioner. I de tidlige dage af det amerikanske rumprogram i 1960'erne og 1970'erne, forskere forsøgte at udvikle runde balloner til at opbevare og pumpe flydende brintbrændstof. De fejlede. Hver blære ville splintres eller lække, da de forsøgte at klemme den ved de krævede meget kolde temperaturer for de flydende brændstoffer. De hjerteligste designs varede kun fem cyklusser.

Forskerne opgav indsatsen og kom i stedet til at stole på mindre ideelle drivmiddelhåndteringsenheder. Nuværende systemer bruger metalplader og princippet om overfladespænding til at håndtere flydende brændstoffer, men systemerne er langsomme og kan kun dryppe brændstof ud i små mængder, så størrelsen af ​​brændstoftanke og missioner er begrænset.

"Folk har forsøgt at lave tasker til raketbrændstof i lang tid, " sagde Leachman. "Vi laver i øjeblikket ikke store, langvarige ture, fordi vi ikke kan opbevare brændstof længe nok i rummet."

Gennem en litteratursøgning, Westra stødte på et papir, hvori forskere udviklede nogle origami-baserede bælge. Forskere begyndte at studere origami i 1980'erne og 1990'erne med ideen om at gøre brug af dens komplekse former og interessante mekaniske adfærd. Origami-folderne spreder spændinger på materialet, hvilket gør det mindre tilbøjeligt til at rive. Ved hjælp af en tynd, Mylar plastikplade, Westra og samarbejdspartnere i Hydrogen Properties for Energy Research-laboratoriet besluttede at anvende det design, han så, til at udvikle en brændstofblære.

"De bedste løsninger er dem, der allerede er færdiglavede, og som du så kan overføre til det, du arbejder på, sagde Westra.

Har aldrig prøvet origami før, han sagde, at det tog et par forsøg og et par timer med en Youtube-video at finde ud af, hvordan man folde bælgen. Når han foldede den, han testede det i flydende nitrogen ved omkring 77 grader Kelvin. Forskerne fandt ud af, at blæren kan klemmes mindst 100 gange uden at knække eller lække under kolde forhold. De har siden demonstreret bælgen adskillige gange, og den har stadig ikke huller i sig.

"Vi tror, ​​vi har løst et nøgleproblem, der holdt alle tilbage, " sagde Leachman. "Det er vi lidt begejstrede for."

Forskerne begynder nu at udføre mere strenge tests. De planlægger at lave test med flydende brint, vurdere, hvor godt de kan opbevare og udstøde brændstof og sammenligne strømningshastighederne af deres blære med nuværende systemer. Westra modtog for nylig et NASA-graduate-stipendium for at fortsætte projektet.

"Kjells succes er et perfekt eksempel på fantastiske WSU-studerende, der studerer, hvad der er derude og derefter er på det rigtige sted på det rigtige tidspunkt for at få det til at ske, " sagde Leachman.