El astronauta de la NASA Jack Fischer trabaja con el hardware absorbente capilar, que se compone de contactores impresos en 3-D (centro) con varios canales capilares. Los contactores, o estructuras capilares bajo investigación, están soportados por tubos, válvulas, y una bomba. Este experimento altamente interactivo simula la fluídica de un sistema de sorbente líquido para la eliminación de CO2 del aire. Crédito:NASA
A veces, la mejor solución a un problema complejo es la más simple. Ese es el enfoque que adoptó el equipo de Capillary Structures for Exploration Life Support (Estructuras capilares) al diseñar la investigación de física de fluidos a bordo de la Estación Espacial Internacional. La investigación de estructuras capilares utiliza la acción capilar, o la capacidad de que un líquido fluya a través de espacios estrechos, como tubos pequeños, mover líquidos y gases en microgravedad, una tarea que no se puede probar en el entorno gravitatorio de la Tierra.
La tecnología de soporte vital a bordo de cualquier nave espacial es de vital importancia, especialmente a medida que las tripulaciones se alejan de la Tierra y se adentran en el espacio profundo. Muchos sistemas de soporte vital funcionan de manera diferente en el entorno de microgravedad de la estación espacial de lo que lo harían en la Tierra. incluida la forma en que los líquidos se acumulan y se mueven a través de las superficies.
En la actualidad, los sistemas de soporte vital a bordo de la estación espacial requieren un equipo especial para separar líquidos y gases. Esta tecnología utiliza piezas giratorias y móviles que, si está roto o comprometido de otro modo, podría causar contaminación y / o falla del sistema. La investigación Capillary Structures estudia un nuevo método de reciclaje de agua y eliminación de dióxido de carbono utilizando estructuras diseñadas en formas específicas para gestionar mezclas de fluidos y gases en microgravedad.
A diferencia de lo caro, procesos basados en máquinas actualmente en uso a bordo de la estación, el equipo de Estructuras Capilares se compone de pequeños, Formas geométricas impresas en 3-D de diferentes tamaños que se sujetan en su lugar.
El impacto de esta investigación también podría beneficiar a los habitantes de la Tierra. La investigación recopilada durante esta investigación nos enseñará sobre el uso de la geometría para optimizar la evaporación, sistemas de recuperación de agua más eficientes, métodos de purificación pasiva, otros enfoques de procesamiento de agua en la Tierra.
Prototipo del hardware del evaporador capilar compuesto por un banco de pruebas, telón de fondo de iluminación, y brazos de prueba para sostener estructuras capilares transparentes llenas de fluidos de prueba. Las estructuras se fotografían en el transcurso de varios días mientras los fluidos se evaporan. Crédito:IRPI LLC
La primera de esta investigación de dos partes se centra en la evaporación, un proceso que está específicamente influenciado por la gravedad y que no es obvio en el entorno de microgravedad del espacio.
"Si pudieras hacer una evaporación controlable en el espacio, podrías hacer todo tipo de cosas ", dijo Mark Weislogel, uno de los investigadores principales del proyecto. "Podrías evaporar la orina y recuperar toda el agua. Toda. Si tuvieras una forma de retener el líquido de forma pasiva, sin partes móviles como lo hace un charco en la tierra, pero en el espacio, entonces podrías hacer muchos procesos únicos, de forma segura y sin mantenimiento ".
Los miembros de la tripulación llenarán cada estructura mientras los equipos de investigación en tierra observan el comportamiento de los líquidos durante unos días a través de fotografías secuenciales. Los resultados de la investigación podrían conducir al desarrollo de nuevos procesos que son simples, digno de confianza, y altamente confiable en el caso de una falla eléctrica u otro mal funcionamiento del sistema mecánico.
"Vamos a obtener información detallada sobre cómo se evapora el líquido de las estructuras, "dijo Kyle Viestenz, co-investigador del proyecto. "Las estructuras están configuradas para tener diferentes geometrías, diferentes ángulos, diferentes alturas, Todos estos diferentes parámetros que estamos variando a través de estas estructuras para obtener datos cuantitativos de evaporación en baja gravedad ".
El contactor absorbente capilar diseñado con paralelo, Abra los canales para exponer el líquido al aire ambiente mientras contiene y absorbe los fluidos de manera controlada. Crédito:IRPI LLC
La segunda parte de la investigación demuestra el uso de fluidos en un sistema de eliminación de dióxido de carbono, llamado sistema absorbente líquido de dióxido de carbono. Este sistema utiliza una red de "cascadas de agua" para llevar un sorbente líquido, o un material utilizado para absorber gases, en contacto con el aire, permitiendo que el líquido se lleve el dióxido de carbono. Por supuesto, en un entorno de microgravedad, el líquido no "cae, "pero es impulsado por las fuerzas de tensión superficial generadas pasivamente por la geometría superficial única de las estructuras capilares.
También se compone de estructuras capilares impresas en 3D, esta parte de la investigación está optimizada para que los líquidos fluyan a través de las estructuras, en lugar de simplemente evaporarse.
"Una de las cosas necesarias para eliminar el dióxido de carbono del aire sería dividir el fluido en múltiples canales para lograr una gran superficie para la reacción, ", dijo Viestenz." En esta investigación, vamos a dividir el flujo en múltiples pasajes abiertos paralelos y recordarlos de nuevo, algo que no se ha hecho antes y contribuirá en gran medida a demostrar este tipo de tecnología. Los resultados son ampliamente aplicables a los combustibles líquidos, propulsores, y refrigerantes, así como una miríada de operaciones pasivas de gestión del agua para sustentar la vida "
