Гравітація на Землі присутня абсолютно всюди. Це накладає деякі обмеження на дослідження, які проводяться тут. На Міжнародній космічній станції в цей самий час панує мікрогравітація, яка знімає ці перепони, тож науковці можуть проводити експерименти під абсолютно новим кутом зору та вивчати те, що не можуть на планеті.
Дослідження рідин в умовах майже відсутнього тяжіння покращує такі споживчі товари, як шампуні та розвиває такі технології, як системи життєзабезпечення; окрім того, в процесі можуть виникнути нові продукти, які допоможуть в освоєнні космосу. Наразі не тільки NASA проводить досліди з рідинами на МКС, а й провідні компанії світу.
Вивчення коллоїдів
Одним із напрямків експериментів є вивчення коллоїдів. Це – суміші дрібних частинок матеріалу у рідині: до них відносяться як природні (молоко, вода), так і промислові (шампуні, салатні соуси) “мікси”. Дослідження коллоїдів на Землі ускладнене тим, що тяжіння змушує деякі частинки осідати, а деякі, навпаки, підніматися. В космосі ця проблема щезає.
Корпорація Procter & Gamble спільно з NASA та Національною лабораторією МКС вивчає коллоїди в рамках дослідження Advanced Colloids Experiments (ACE). Наприклад, нова розробка компанії – освіжувач Febreze Unstopables TOUCH Fabric Spray – є першою, яка містить матеріали, досліджені в ході експериментів. За словами дослідника P&G Девіда Лінча, близько двох третин брендів корпорації могли б покращити споживчі товари для людей завдяки такій співпраці: продукцією Procter & Gamble щоденно користується 4,8 мільярда людей і навіть 1% економії на виробничих витратах чи трохи довший термін придатності є значними досягненнями. Ці дослідження допомогли компанії отримати три нових патента.
Інша компанія, Delta Faucet, разом із Національною лабораторією МКС проводила цікавий дослід, де вивчала утворення крапель та потік з душової трубки Delta FaucetH2Okinetic задля покращення продуктивності та економії води та енергії.
Експерименти з бульбашками
Численні експерименти проводило і Європейське космічне агентство – в основному вони стосувались бульбашок: рідкі та тверді піни використовуються в різних галузях: від миючих засобів до харчової й медичної промисловостей. Дослідження дали значний внесок у розуміння кипіння, теплопередачі та протікання рідин.
В досліді під назвою FOAM вивчались властивості вологої піни, зокрема розмір бульбашок та динаміка їх перегрупування. На Землі це важко було б зробити – під дією гравітації піна швидко руйнується.
На Землі рідина стікає і через це ми не бачимо такі процеси, як застигання, коли газ проходить поміж бульбашок.
Марко Брайбанті, дослідник ЄКА
Експеримент ESA RUBI аналізував бульбашки, які утворюються під час кипіння: в умовах мікрогравітації цей процес йде повільніше і утворювані бульбашки мають більший розмір. Це дозволяє отримати краще уявлення про теплообмін в кипінні: така інформація може бути застосована для більш ефективного охолодження техніки.
Однак деякі зміни, які спричиняє мікрогравітація, можуть бути перешкодою для перенесення земних технологій в космос.
Хімічні реактори в космосі
Хімічні реактори відіграють важливу роль в освоєнні космосу: вони використовуються для відновлення та очищення води та повітря, а також забезпечення тих процесів життєдіяльності, які ми на Землі сприймаємо як належне. Через те, що ми до кінця не знаємо, як працюють двофазні системи в умовах мікрогравітації, розробники реакторів не мають інструментів для підвищення їх ефективності.
Реактори мають важливе значення для космосу. Ми інтенсивно випробовуємо їх на Землі, проте, як тільки переносимо у космос, вони починають працювати гірше. Тиск в цих умовах падає не так, як ми очікували. Ми зосередились на тому, щоб розібратись, що відбувається та яка має бути швидкість потоку рідини, щоб вимити бульбашки з системи.
Брайан Мотіл, Дослідницький центр NASA ім. Дж. Гленна
Розрахунок перепадів тиску проводився командою експерименту Packed Bed Reactor Experiment (PBRE). Потім його дані були успішно застосовані й до інших дослідів з високими швидкостями потоку рідини.
Це дослідження дозволить здійснювати нам тривалі польоти, в яких астронавтам доведеться перероблювати більшу частину ресурсів. Хімічні реактори – одна з тих технологій, яку треба добре протестувати перед польотом на Марс. МКС дає нам змогу зробити це.
Інші досліди
В експерименті IVGEN перевірялась здатність генерувати воду достатньої якості для внутрішньовенного застосування в екстрених медичних випадках (в дослідженні вказано, що час роботи установки складає близько 1.5 годин — прим. ред.). Дані вищезгаданого PBRE використовувались тут для промивання системи перед початком досліду. Однак високі швидкості потоку можуть пошкодити реакторний матеріал, тому вони вивчаються вкупі з низькими.
Інше дослідження ЄКА під назвою SODI-DCMIX підрахувало, як рухаються та зіштовхуються певні суміші рідин та газів. А дослідження капілярних сил, слабкого притягування та відштовхування, що рухає рідину по вузькій трубці, призвело до створення спеціальної чашки, яку можна використовувати в космосі. Та до тестування систем життєзабезпечення, які засновуються не на складних насосах для переміщення та зберігання рідини, а на формі та принципах гідродинаміки.
