Eckhard Groll (centro, abajo) y Leon Brendel (centro, arriba) se preparan para recopilar datos de sus experimentos a bordo del vuelo ZERO-G. Fuente: Stephen Boxall / ZERO-G (www.gozerog.com)
Los astronautas han estado viajando al espacio desde 1961, pero todavía no tienen un refrigerador que puedan usar para mantenerse frescos en vuelos largos a la Luna o Marte.
Gracias a experimentos en microgravedad, un equipo de ingenieros de la Universidad Purdue, Air Squared Inc. y Whirlpool Corporation han demostrado que su prototipo tiene el potencial de afrontar los retos de hacer funcionar un frigorífico tradicional en el espacio tan bien como en la Tierra.
Los alimentos enlatados y secos que los astronautas consumen actualmente en las misiones solo tienen una vida útil de unos tres años. El proyecto del equipo, financiado por el programa Small Business Innovation Research (SBIR) de la NASA, tiene como objetivo proporcionar a los astronautas suministros de alimentos que pueden durar de cinco a seis años.
A principios de este mes, el equipo realizó tres experimentos para probar diferentes aspectos del diseño del refrigerador a bordo de un avión especialmente diseñado que voló en microgravedad 30 veces, a intervalos de 20 segundos, en cada uno de los cuatro vuelos. El avión, el laboratorio de investigación único de Zero Gravity Corporation (ZERO-G), es el único espacio de prueba de este tipo en los Estados Unidos.
Los datos analizados hasta ahora de los experimentos de vuelo respaldados por el programa Flight Opportunities de la NASA indican dos grandes éxitos del prototipo del equipo. Primero, el prototipo podría funcionar tan bien en microgravedad como en tierra. En segundo lugar, el equipo descubrió que no es más probable que el prototipo se inunde en condiciones de microgravedad que en condiciones de gravedad normal. La inundación de líquido puede dañar el frigorífico.
El equipo continúa analizando los datos de vuelo recopilados.
“Queremos tener un ciclo de refrigeración resistente a la gravedad en un estado ingrávido que funcione según las especificaciones normales”, dijo Eckhard Groll, profesor y director de la Escuela de Ingeniería Mecánica de Purdue. “Nuestro análisis preliminar muestra claramente que nuestro diseño permite que la gravedad tenga menos impacto en este ciclo”.
Un diseño de enfriador espacial prometedor
Los científicos no son los primeros en intentar construir un refrigerador como los que se usan en la Tierra para misiones espaciales, pero se encuentran entre los pocos que lo han intentado desde que los astronautas caminaron sobre la Luna en 1969. A pesar de que los experimentos del refrigerador habían estado en el espacio antes, no funcionó muy bien o finalmente se rompió.
En la práctica, el diseño del frigorífico enfriaría los alimentos mediante un ciclo de compresión de vapor, similar al proceso utilizado por un frigorífico típico en la Tierra, pero sin necesidad de aceite. El ciclo de compresión de vapor sin aceite elimina la preocupación de que el aceite no fluya donde debería estar con gravedad cero.
El prototipo del equipo tiene aproximadamente el tamaño de un horno microondas, perfecto para una posible adaptación a los sistemas de estantes de la Estación Espacial Internacional, EXPRESS Racks, que albergan cargas experimentales. Air Squared construyó un prototipo y dentro del compresor sin aceite que es el corazón del refrigerador.
Los experimentos del equipo fueron diseñados para probar la hipótesis común de que forzar el refrigerante líquido a través del ciclo de compresión de vapor a una velocidad más rápida reducirá el efecto de la gravedad en el rendimiento del refrigerador. El análisis detallado de los datos mostrará si se puede superar la restricción asociada con estos altos índices de flujo y la alta caída de presión que causan, lo que podría mejorar el rendimiento del refrigerador al ahorrar energía.
Dos experimentos construidos por los científicos de Purdue se ejecutaron junto con un experimento prototipo para evaluar cómo la microgravedad afectaba el desempeño del proyecto y la susceptibilidad a las inundaciones. Whirlpool Corporation ha proporcionado componentes para los experimentos del refrigerador, así como experiencia sobre cómo integrar estos componentes, realizar experimentos y empaquetar el prototipo de manera que cumpla con los requisitos para su uso en un entorno de microgravedad a largo plazo como el Espacio Internacional. Estación.
“Tenía que recordar no ser arrogante”, dijo Paige Beck (centro, arriba), quien trabajó con Leon Brendel (centro, abajo) para observar el efecto de la microgravedad en el diseño de un refrigerador para uso en el espacio. El técnico senior de ingeniería de Purdue, Frank Lee (abajo), fue el responsable de construir la configuración experimental. Fuente: Stephen Boxall / ZERO-G (www.gozerog.com)
Probando un refrigerador para presencia en la Tierra
Antes de los vuelos, los investigadores de Purdue demostraron en un experimento que el ciclo de compresión de vapor sin aceite puede operar en diferentes orientaciones, incluso al revés. Si el refrigerador pudiera funcionar en cualquier posición, las tripulaciones espaciales no tendrían que preocuparse por si el refrigerador estaba orientado hacia arriba en el rellano.
“El hecho de que los ciclos de refrigeración funcionaran continuamente bajo microgravedad durante las pruebas sin ningún problema aparente indica que nuestro proyecto es un muy buen comienzo”, dijo el Dr. Leon Brendel de Purdue. estudiante de ingeniería mecánica. “Nuestra primera impresión es que la microgravedad no cambia el ciclo de una manera que no conocíamos cuando probamos el efecto de la gravedad en la construcción de un refrigerador en el suelo al girarlo e inclinarlo”.
Groll, Brendel y Paige Beck, una graduada de Purdue en ingeniería mecánica, realizaron experimentos de vuelo con miembros del equipo de Air Squared y Whirlpool Corporation. Durante cada vuelo, el avión hizo 30 parábolas, incluyendo marciana, lunar y microgravedad.
“Flotar a través de tus experimentos es un poco como nadar, excepto que no hay resistencia a tu alrededor y tienes que trabajar al mismo tiempo para obtener los datos. Fue muy divertido, pero tenía que recordar no ser arrogante, dijo Beck, quien tuvo el desafío de permanecer en el lugar y recopilar datos del experimento a intervalos regulares y simultáneamente grabar sus acciones en el micrófono.
Otras tareas difíciles incluyeron cambiar rápidamente los parámetros entre parábolas o girar ligeramente la válvula de aguja mientras nada.
“A veces era demasiado lento. Pero aprendes sobre la marcha y obtuvimos con éxito los datos que necesitábamos ”, dijo Brendel.
El equipo terminará de analizar los datos en las próximas semanas.
Proporcionado por la Universidad de Purdue