Kochende Bläschen sind kühl im Weltraum – Eine innovative Kühltechnik für die Zukunft

Das Nucleate Pool Boiling Experiment an Bord der Internationalen Raumstation ISS. (NASA)
Das Nucleate Pool Boiling Experiment an Bord der Internationalen Raumstation ISS. (NASA)

Es mag unlogisch klingen, aber Kochen ist ein sehr effizienter Weg, um technische Komponenten und Systeme, die in der extremen Umgebung des Weltraums benutzt werden, abzukühlen.

Ein Experiment, mit dem das Grundverständnis dieses Phänomens verbessert werden soll, startete am 24. Februar an Bord des Space Shuttle Discovery zur Internationalen Raumstation ISS. Das Nucleate Pool Boiling Experiment, oder NPBX, ist eins von zwei Experimenten der neuen Boiling eXperiment Facility (BXF).

Bläschensieden (nucleate boiling) ist das Wachstum von Bläschen auf einer erhitzten Oberfläche mit der späteren Abgabe der Bläschen an eine kühlere umgebende Flüssigkeit. Als Ergebnis können diese Blasen Energie effizient von der kochenden Oberfläche in die umgebende Flüssigkeit übertragen. Diese Untersuchung verbessert das Verständnis des Hitze-Transfers und Dampfentfernungsprozesse, die während des Bläschensiedens unter Mikrogravitation auftreten. Wissenschaftler werden Informationen sammeln, um Weltraumsysteme, welche diese Technik zur effektiven Wärmeabführung nutzen, besser entwickeln und betreiben zu können.

Bläschen wachsen unter Mikrogravitation zu unterschiedlichen Größen heran als auf der Erde. Dieses Experiment wird sich auf die Dynamik von einzelnen und mehreren Bläschen und den damit verbundenen Wärmetransfer konzentrieren.

NPBX verwendet ein poliertes Aluminiumplättchen, das von Heizelementen auf seiner Rückseite erwärmt wird, und fünf konstruierte Hohlräume, die individuell angesteuert werden können. Das Experiment wird einzelne und/oder mehrere Bläschen beobachten, die in den Hohlräumen erzeugt wurden. Es wird die Energie messen, die zu jedem Heizelement übertragen wurde und Kameras werden das dynamische Verhalten der Bläschen aufzeichnen. Die Analyse der Heizelementdaten und die aufgenommenen Bilder werden den Forschern erlauben, zu bestimmen, wie sich die Dynamik der Bläschen und der Wärmetransfer unter Mikrogravitation verändern.

“Mit dem Kochen [die verwendete Bläschensiedetechnik; Anm. d. Red.] kann die Größe und das Gewicht von Wärmeaustausch-Equipment, das in Weltraumsystemen benutzt wird, signifikant reduziert werden”, sagte Vijay Dhir, der Projektleiter des Experiments an der University of California in Los Angeles. “Kochen und Multiphasen-Wärmeaustausch ist eine Schlüsseltechnologie für Weltraumerforschungsmissionen, inklusive der Lagerung und Handhabung mit Kryogenen oder Flüssigkeiten mit extrem niedrigen Temperaturen, Lebenserhaltungssysteme, Energieerzeugung und Wärmemanagement.”

“Die Kosten, um Gerätschaften in den Weltraum zu transportieren, hängen von ihrer Größe und ihrem Gewicht ab”, ergänzte David Chao, Projektwissenschaftler vom Glenn Research Center der NASA in Cleveland. “Die Wissensbasis, die mittels der Experimente geschaffen wird, gibt uns die Fähigkeit, die Abkühlung verschiedener im Weltraum benutzter Komponenten und Systeme auf effektive Weise zu erreichen und könnte zu kleineren und leichteren Raumfahrzeugen führen.”

Quelle: http://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/news/npbx.html

(THK)

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