La science permettant la chaleur et la climatisation pour les habitats spatiaux à long terme est presque entièrement disponible

Une expérience sur la Station spatiale internationale vise à étudier comment la gravité réduite affecte la condensation

WEST LAFAYETTE, Ind. – Pour vivre sur la Lune ou sur Mars, les humains auront besoin de chaleur et de climatisation qui peuvent fonctionner à long terme en gravité réduite et à des températures de plusieurs centaines de degrés au-dessus ou en dessous de ce que nous connaissons sur Terre.

La construction de ces systèmes nécessite de savoir comment la gravité réduite affecte l’ébullition et la condensation, que tous les systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation utilisent pour fonctionner dans la gravité terrestre.

Une expérience de l’Université Purdue qui est arrivée le 4 août à la Station spatiale internationale vise à collecter les données dont les scientifiques ont besoin pour répondre à des questions vieilles de plusieurs décennies sur le fonctionnement de l’ébullition et de la condensation en gravité réduite.

« Nous avons développé plus de cent ans de compréhension du fonctionnement des systèmes de chaleur et de refroidissement dans la gravité terrestre, mais nous ne savons pas comment ils fonctionnent en apesanteur », a déclaré Issam Mudawar, professeur de la famille Betty Ruth et Milton B. Hollander de Purdue. de Génie Mécanique.

L’expérience a été transportée via la 19e mission commerciale de services de réapprovisionnement de Northrop Grumman (NG-19) vers la Station spatiale internationale pour la NASA. Le vaisseau spatial NG-19 a été lancé le 1er août depuis le port spatial régional du centre de l’Atlantique à l’installation de vol Wallops de la NASA en Virginie.

La mission transportait un module pour mener la deuxième expérience d’une installation conçue par Purdue appelée Flow Boiling and Condensation Experiment (FBCE), qui collecte des données sur la station spatiale depuis août 2021.

En juillet dernier, Mudawar et ses étudiants ont terminé leur première expérience en recueillant des données à partir d’un module de FBCE sur la station spatiale qui mesure les effets de la gravité réduite sur l’ébullition. En utilisant les composants supplémentaires de l’installation qui sont arrivés avec le vaisseau spatial NG-19, les chercheurs pourront mener la deuxième expérience, qui étudiera le fonctionnement de la condensation dans un environnement à gravité réduite.

Les modules des deux expériences pour FBCE resteront en orbite jusqu’en 2025, permettant à la communauté de la physique des fluides dans son ensemble de tirer parti de ce matériel.

« Nous sommes prêts à littéralement fermer le livre sur toute la science de l’écoulement et de l’ébullition en gravité réduite », a déclaré Mudawar.

Les recherches d’Issam Mudawars sur le transfert de chaleur pourraient permettre de construire des habitats spatiaux dans des environnements extrêmes comme la lune. (Photo Université Purdue/John Underwood) Télécharger l’image

Pour développer FBCE, le laboratoire de Mudawar a travaillé avec le Glenn Research Center de la NASA à Cleveland, qui a conçu et construit le matériel de vol financé par la division des sciences biologiques et physiques de l’agence au siège de la NASA. L’équipe a passé 11 ans à développer du matériel FBCE pour s’adapter au rack intégré Fluids sur le laboratoire orbital.

Les réponses du FBCE sur l’ébullition et la condensation soutiendront non seulement l’exploration sur la Lune ou sur Mars, mais aideront également les engins spatiaux à parcourir de plus longues distances. Plus les missions sont éloignées de la Terre, plus il est probable que le vaisseau spatial pour ces missions aura besoin de systèmes d’alimentation et de propulsion innovants, tels que ceux qui sont thermiques ou électriques nucléaires. Par rapport à d’autres types de processus qui permettent le chauffage et le refroidissement dans l’espace, l’ébullition et la condensation seraient beaucoup plus efficaces pour transférer la chaleur pour les engins spatiaux avec ces systèmes.

En outre, les données du FBCE pourraient aider les engins spatiaux à se ravitailler en orbite en fournissant une compréhension scientifique de la façon dont la gravité réduite affecte le comportement d’ébullition de l’écoulement des engins spatiaux à liquides cryogéniques utilisés comme propulseur.

FBCE fait partie des expériences les plus vastes et les plus complexes de la NASA pour la recherche en physique des fluides. L’équipe de Mudawar prépare une série d’articles de recherche déballant les données que le FBCE a recueillies sur la station spatiale, s’ajoutant à plus de 60 articles qu’ils ont publiés sur la gravité réduite et l’écoulement des fluides depuis le début du projet.

« Les articles que nous avons publiés pendant la durée de ce projet sont vraiment presque comme un manuel sur la façon d’utiliser l’ébullition et la condensation dans l’espace », a déclaré Mudawar.

Avec plus de 30 000 citations, Mudawar est l’un des chercheurs les plus cités dans le domaine du transfert de chaleur. Google Scholar le classe n ° 1 dans l’ébullition en flux, le refroidissement par pulvérisation, les microcanaux et l’ébullition en microgravité. Il est également l’auteur le plus cité dans l’International Journal of Heat and Mass Transfer.

Depuis plus d’une décennie, Mudawar et ses étudiants ont développé trois ensembles d’outils prédictifs à valider à l’aide des données FBCE. Un ensemble d’outils met les données sous forme d’équations que les ingénieurs peuvent utiliser pour concevoir des systèmes spatiaux. Un autre ensemble identifie des informations fondamentales sur la physique des fluides à partir des données, et le troisième ensemble est constitué de modèles informatiques de la dynamique des fluides.

Ensemble, ces modèles permettraient de prédire quelles conceptions d’équipements pourraient fonctionner en gravité lunaire et martienne.

« La quantité de données provenant du FBCE est absolument énorme, et c’est exactement ce que nous voulons », a déclaré Mudawar.

À propos de l’Université Purdue

L’Université Purdue est une institution de recherche publique d’excellence à grande échelle. Classé parmi les 10 meilleures universités publiques et avec deux collèges dans le top 4 aux États-Unis, Purdue découvre et diffuse des connaissances avec une qualité et à une échelle inégalées. Plus de 105 000 étudiants étudient à Purdue dans toutes les modalités et dans tous les lieux, dont 50 000 en personne sur le campus de West Lafayette. Engagé en faveur de l’abordabilité et de l’accessibilité, le campus principal de Purdue a gelé les frais de scolarité 12 années de suite. Découvrez comment Purdue ne s’arrête jamais dans la poursuite persistante du prochain pas de géant, y compris son premier campus urbain complet à Indianapolis, la nouvelle Mitchell E. Daniels, Jr. School of Business et Purdue Computes, sur https://www.purdue. edu/président/initiatives-stratégiques.

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Source: Issam Mudawar, mudawar@ecn.purdue.edu