Les personnes qui conçoivent des engins spatiaux doivent prioriser deux facteurs :la réduction du poids et la gestion des températures extrêmes.

Une nouvelle expérience conçue par les ingénieurs de l'Université Purdue aborde les deux problèmes. L'expérience d'ébullition et de condensation en flux (FBCE), qui est arrivé à la Station spatiale internationale jeudi (12 août), fera bientôt progresser la science du transfert de chaleur en microgravité.

« Des véhicules comme la navette spatiale utilisaient un refroidissement monophasé, qui fait circuler du liquide dans des tubes pour évacuer la chaleur de l'avionique, " dit Issam Mudawar, le professeur de la famille Betty Ruth et Milton B. Hollander en génie mécanique, et le chercheur principal de la FBCE. "Mais ces systèmes sont complexes et ajoutent beaucoup de poids au vaisseau spatial. Ce que nous avons exploré, c'est l'utilisation d'un écoulement diphasique, ce qui est plus efficace et réduit la taille du matériel de refroidissement."

L'écoulement diphasique fait référence à deux phases de la matière - liquide et vapeur - qui se produisent pendant l'ébullition et la condensation. Dans un processus connu sous le nom d'"ébullition à flux", " un liquide spécialisé s'écoule par une source de chaleur, ce qui fait bouillir le liquide et crée des bulles. Ces bulles de vapeur passent devant la source de chaleur, rejeter la chaleur, puis se condenser en liquide, qui recircule en permanence dans un système fermé.

C'est un processus très efficace et bien étudié, mais un aspect reste inconnu :le flux bouillonnant dans l'espace est-il aussi efficace que le flux bouillonnant sur Terre ?

Pour trouver la réponse, Mudawar a formé un partenariat de recherche avec le Glenn Research Center de la NASA. Son équipe a conçu et construit une expérience pour tester l'ébullition et la condensation en microgravité, et en 2012, l'équipe l'a envoyé sur la "comète vomi, " un avion qui simule des périodes de 15 à 17 secondes de microgravité en faisant voler des paraboles de haut en bas.

"Nous avons découvert qu'à certains débits, la microgravité a effectivement réduit la quantité de flux de chaleur jusqu'à 50 %, " a déclaré Mudawar.

En collaboration avec des collègues du Glenn Research Center, L'équipe de Mudawar a continué à peaufiner plusieurs facteurs dans le processus, et dans les prochaines années, envoyé l'expérience plusieurs fois sur des vols paraboliques avec Zero Gravity Corporation (ZERO-G). Des étudiants de Purdue étaient à bord pour faire fonctionner l'équipement.

"Notre objectif a toujours été d'atteindre les spécifications de conception pour que l'expérience soit réellement réalisée dans l'espace, " a déclaré Mudawar.

Les chercheurs ont obtenu leur souhait plus tôt cette année. Mudawar et ses collègues du Glenn Research Center avaient travaillé sur une version plus petite de l'expérience pour tenir dans un rack spécifique de la Station spatiale internationale. En mars, ils ont confirmé que ce nouveau module d'expérimentation, FBCE, avait passé tous les examens de sécurité et de préparation de la NASA et était prêt à être lancé.

"Ce n'est pas une mince tâche, " Mudawar a déclaré. "Chaque élément structurel doit être optimisé pour le poids et la taille. Chaque vis doit être évaluée et certifiée. C'est en fait une bonne préparation pour essayer d'alléger les futurs vaisseaux spatiaux, c'est ce que nous essayons d'accomplir !"

Mardi, une fusée Antares lancée depuis le port spatial régional Mid-Atlantic sur l'île de Wallops, Virginie. Au sommet de la fusée se trouvait un vaisseau spatial Northrop-Grumman Cygnus transportant 3, 000 livres de ravitaillement pour les astronautes à bord de l'ISS, ainsi que le FBCE et trois autres expériences scientifiques. Cygnus s'est amarré à l'ISS jeudi. Les astronautes feront bientôt fonctionner l'équipement scientifique dans le cadre d'examens de l'état de préparation opérationnelle et, Plus tard cette année, commencera à mener l'expérience.

"C'est vraiment une étape importante pour la recherche spatiale de Purdue, " a déclaré Mudawar. " J'ai eu 14 doctorats. étudiants et un étudiant à la maîtrise travaillent avec moi sur ce projet au cours de la dernière décennie. Et faire équipe avec le Glenn Research Center a été un partenariat parfait. Il s'agira de la plus grande expérience de changement de phase jamais réalisée dans l'espace. Avec un peu de chance, ce que nous apprenons de cette expérience peut être utilisé pour rendre les futurs engins spatiaux plus efficaces, et permets-nous d'aller sur la lune, Mars et au-delà."