El menos conocido de los mecanismos de financiación de la NASA esInvestigación de innovación para pequeñas empresas(SBIR) programa.este programaLey Baydoyle de 1980, destina una parte del presupuesto de todas las agencias federales estadounidenses (incluida la NASA) al desarrollo de pequeñas empresas para comercializar nuevas tecnologías.El programa SBIR de la NASA generalmente se enfoca en comercializar tecnología que se puede usar en el espacio, y varias veces financia universidades que realizan algún trabajo además de pequeñas empresas subsidiadas.empresa que diceAire al cuadrado, la empresa con sede en Broomefield, Colorado, recibió recientemente una de estas subvenciones SBIR.Universidad de PurdueYRemolino, uno de los gigantes de electrónica de consumo más grandes del mundo, fabrica refrigeradores, un componente necesario para todas las misiones espaciales a largo plazo.
Puede parecer una forma bastante mundana de gastar fondos de investigación, pero hacer que un refrigerador funcione en el espacio no es tarea fácil.Hay dos problemas principales que los refrigeradores en el espacio deben resolver.El primero es la falta de gravedad, que puede afectar al frigorífico.compresor.El segundo es la orientación del sistema, que puede causar caos en el sistema.ciclo de compresión de vaporSe utiliza para enfriar el refrigerador.
Veamos primero la gravedad.El refrigerador tiene una máquina llamada compresor, que es una máquina que puede escuchar el sonido cuando se enciende el refrigerador.La función del compresor es presurizar la línea “caliente” de líquido refrigerante para que pueda participar en la circulación de vapor que se describe a continuación.El compresor en sí tiene partes móviles que generalmente están lubricadas con aceite, al igual que los motores de gasolina de los automóviles.
El problema es que, en ausencia de gravedad, el aceite no está seguro de hacia dónde va y se esparce tan poco que no sirve para lubricar el compresor y puede atascarse.Sin un compresor, todo el sistema de refrigeración sería un desastre.
Otra forma de estropear ese sistema es cambiar de dirección.Un componente clave de un refrigerador es el sistema de regulación, que actúa esencialmente como un puente entre las líneas de líquido caliente y vapor frío.El sistema de estrangulamiento crea una caída de presión significativa en el líquido de la línea directa, lo que provoca que parte de ese líquido se evapore.La evaporación de un líquido requiere energía, que es donde el vapor se condensa en el otro lado del acelerador, extraído del calor del líquido que se evapora.mucho más frío.
El problema es que si se voltea el refrigerador, el líquido y el vapor cambiarán de posición, formando burbujas y destruyendo el compresor que intenta presurizar el líquido.Esta es la razón por la que no debe colocar el refrigerador de lado cuando lo mueva.
Si la nave espacial se mueve a otro pozo de gravedad, lo que se consideró “arriba” durante el lanzamiento se consideraría “abajo” si aterrizara en un lugar nuevo, lo que muy probablemente confundiría todo el proceso.Por lo tanto, los sistemas de refrigeración típicos no se pueden utilizar en una dirección tan cambiante.
Air Squared y Purdue creen que hay una solución mejor.En primer lugar, Air Squared ha desarrollado un compresor sin aceite que elimina la posibilidad de autodestrucción en entornos de baja gravedad.
Los detalles de cómo lidiar con el problema de la orientación no están claros, pero solo funcionará cuando la gravedad se tenga en cuenta una vez más.La solución podría ser tan fácil como diseñar un compresor que pueda cambiar de dirección e intercambiar el lugar donde corre la tubería, proporcionando presión en ambos lados del acelerador según la orientación del sistema.
Afortunadamente, tendrán muchas oportunidades para probar soluciones a ambos problemas.El programa fue financiado.oportunidad de vueloEl programa permite al equipo volar el diseño del refrigerador en cuatro vuelos de “microgravedad”.Vuelos operados por aerolíneasconstrucción de gravedad ceroSimula la microgravedad docenas de veces en unos 20 segundos durante el vuelo en nuestro laboratorio de gravedad cero.
Si pasa la prueba de microgravedad, el siguiente paso es probarlo en el espacio.No lo esPor primera vezIntento de refrigeración en microgravedad.De hecho, la ISS cuenta actualmente con un sistema de refrigeración utilizado para almacenar muestras biológicas.Sin embargo, es voluminoso y requiere mucha más energía que el refrigerador promedio del planeta.El poder es una prima en el espacio, por lo que es un diseño indeseable.
El prototipo Air Squared/Purdue es mucho más fácil de usar.Del tamaño de un microondas, está especialmente diseñado para mantener los alimentos fríos.Dichos sistemas de refrigeración podrían extender la vida útil de los alimentos de los astronautas de tres a cinco o seis años.
Esta vida útil extendida será fundamental para algunas de las misiones tripuladas más largas que formarán parte de la hoja de ruta de exploración espacial.Queda mucho trabajo por hacer y mucho por inventar, pero con el respaldo de la organización de ingeniería líder en el mundo, una pequeña empresa emergente con sede en Colorado espera introducir un sistema de enfriamiento consistentemente confiable para sus misiones de exploración espacial. .
Aprende más:
Purdue-Los astronautas necesitan un refrigerador.Los ingenieros están haciendo cosas que funcionan al revés en gravedad cero.
Ingenieria interesante –Los ingenieros están desarrollando refrigeradores Zero-G para misiones espaciales.
Imagen principal:
El jefe del departamento de ingeniería mecánica de Purdue, Eckhard Groll (izquierda), y el estudiante de posgrado Leon Brendel se paran junto a un refrigerador reversible.
Crédito: Foto de la Universidad de Purdue / Jared Pike