L'astronaute de la NASA Jack Fischer travaille avec le matériel absorbant capillaire, composé de contacteurs imprimés en 3D (au centre) avec plusieurs canaux capillaires. Les contacteurs, ou des structures capillaires à l'étude, sont soutenus par des tubes, soupapes, et une pompe. Cette expérience hautement interactive simule la fluidique d'un système de sorbant liquide pour l'élimination du CO2 de l'air. Crédit :NASA
Parfois, la meilleure solution à un problème complexe est la plus simple. C'est l'approche que l'équipe Structures capillaires pour le maintien de la vie en exploration (Structures capillaires) a adoptée lors de la conception de l'enquête sur la physique des fluides à bord de la Station spatiale internationale. L'enquête sur les structures capillaires utilise l'action capillaire, ou la capacité d'un liquide à s'écouler à travers des espaces étroits, tels que les petits tubes, pour déplacer des liquides et des gaz en microgravité, une tâche qui ne peut pas être testée dans l'environnement gravitationnel de la Terre.
La technologie de survie à bord de tout vaisseau spatial est d'une importance vitale, d'autant plus que les équipages s'éloignent de la Terre et s'enfoncent dans l'espace lointain. De nombreux systèmes de survie fonctionnent différemment dans l'environnement de microgravité de la station spatiale qu'ils ne le feraient sur Terre, y compris la façon dont les liquides s'accumulent et se déplacent sur les surfaces.
Actuellement, les systèmes de survie à bord de la station spatiale nécessitent un équipement spécial pour séparer les liquides et les gaz. Cette technologie utilise des pièces rotatives et mobiles qui, si cassé ou autrement compromis, pourrait entraîner une contamination et/ou une défaillance du système. L'enquête sur les structures capillaires étudie une nouvelle méthode de recyclage de l'eau et d'élimination du dioxyde de carbone à l'aide de structures conçues dans des formes spécifiques pour gérer les mélanges de fluides et de gaz en microgravité.
Contrairement au cher, les processus mécanisés actuellement utilisés à bord de la station, l'équipement des structures capillaires est composé de petits, Formes géométriques imprimées en 3D de différentes tailles qui se clipsent en place.
L'impact de cette recherche pourrait également profiter aux habitants de la Terre. Les recherches recueillies au cours de cette enquête nous apprendront à utiliser la géométrie pour optimiser l'évaporation, des systèmes de récupération d'eau plus efficaces, méthodes de purification passive, d'autres approches de traitement de l'eau sur Terre.
Prototype du matériel de l'évaporateur capillaire composé d'un banc d'essai, fond d'éclairage, et des bras de test pour maintenir des structures capillaires transparentes remplies de fluides de test. Les structures sont photographiées pendant plusieurs jours pendant que les fluides s'évaporent. Crédit :IRPI LLC
La première de cette enquête en deux parties se concentre sur l'évaporation, un processus qui est spécifiquement influencé par la gravité et qui n'est pas évident dans l'environnement de microgravité de l'espace.
"Si vous pouviez faire une évaporation contrôlable dans l'espace, vous pourriez faire toutes sortes de choses", a déclaré Mark Weislogel, l'un des principaux chercheurs du projet. "Vous pourriez évaporer l'urine et récupérer toute l'eau. Tout cela. Si vous aviez un moyen de retenir le liquide de manière passive, sans pièces mobiles comme une flaque d'eau sur terre, mais dans l'espace, alors vous pourriez faire beaucoup de traitement unique, en toute sécurité et sans entretien."
Les membres d'équipage rempliront chaque structure pendant que les équipes de recherche sur le terrain observent le comportement des liquides pendant quelques jours via une photographie en accéléré. Les résultats de l'enquête pourraient conduire au développement de nouveaux procédés simples, fiable, et très fiable dans le cas d'une panne électrique ou d'un autre dysfonctionnement du système mécanique.
"Nous allons obtenir des informations détaillées sur la façon dont le liquide s'évapore des structures, " a déclaré Kyle Viestenz, co-investigateur du projet. « Les structures sont conçues pour avoir des géométries différentes, différents angles, différentes hauteurs, tous ces différents paramètres que nous faisons varier à travers ces structures pour obtenir des données quantitatives d'évaporation en basse gravité. »
Le contacteur Capillary Sorbent conçu en parallèle, ouvrir des canaux pour exposer le liquide à l'air ambiant tout en contenant et en absorbant les fluides de manière contrôlée. Crédit :IRPI LLC
La deuxième partie de l'enquête démontre l'utilisation de fluides dans un système d'élimination du dioxyde de carbone, appelé le système de sorbant liquide de dioxyde de carbone. Ce système utilise un réseau de « chutes d'eau » pour amener un sorbant liquide, ou un matériau utilisé pour absorber les gaz, en contact avec l'air, permettant au dioxyde de carbone d'être emporté par le liquide. Bien sûr, dans un environnement de microgravité, le liquide ne "tombe pas, " mais est entraîné par des forces de tension superficielle générées passivement par la géométrie de surface unique des structures capillaires.
Également composé de structures capillaires imprimées en 3D, cette partie de l'investigation est optimisée pour que les liquides s'écoulent à travers les structures, plutôt que de simplement s'évaporer.
"L'une des choses nécessaires pour éliminer le dioxyde de carbone de l'air serait de diviser le fluide en plusieurs canaux pour obtenir une surface élevée pour la réaction, " a déclaré Viestenz. " Dans cette enquête, nous allons diviser le flux en plusieurs passages ouverts parallèles et les rappeler à nouveau - quelque chose qui n'a jamais été fait auparavant et qui contribuera grandement à la démonstration de ce type de technologie. Les résultats sont largement applicables aux carburants liquides, propulseurs, et réfrigérants ainsi qu'une myriade d'opérations de gestion passive de l'eau pour le maintien de la vie"
