С момента первого полета человека в космос в 1961 году технологии жизнеобеспечения значительно усовершенствовались. Однако одна проблема до сих пор остается нерешенной: как хранить свежие продукты в условиях невесомости и на других планетах?
В настоящее время космонавты питаются консервами, сублимированной и термостабилизированной пищей, срок годности которой ограничен тремя годами. Однако для будущих миссий на Луну и Марс этого недостаточно — потребуется запас еды, способный сохранять вкус и питательные свойства пять–шесть лет.
Решение предложили ученые из Университета Пердью, инженеры компании Air Squared и корпорации Whirlpool. Они разработали прототип космического холодильника, способного работать в невесомости, и успешно протестировали его в условиях микрогравитации. Ключевая особенность экспериментального образца — безмасляный спиральный компрессор, который обеспечивает надежную работу в любом положении: даже вверх ногами или на боку. Это критически важно для миссий на Луну и Марс, где гравитация отличается от земной.
Почему обычный холодильник не подходит для космоса?
Земные холодильники используют парокомпрессионный цикл, который зависит от силы тяжести:
Хладагент циркулирует между жидкой и газообразной фазами.
Масло в компрессоре смазывает механизмы, но в невесомости оно может скапливаться в непредсказуемых местах, нарушая работу системы.
В условиях микрогравитации жидкость ведет себя иначе: вместо стекания вниз она образует плавающие капли, что может привести к затоплению и поломке.
Испытания в невесомости: как тестировали космический холодильник?
Команда проводила эксперименты, чтобы проверить распространенное мнение о том, что увеличение скорости перемещения жидкого хладагента в парокомпрессионном цикле может уменьшить влияние гравитационных сил на работу холодильника. Подробный анализ данных покажет, возможно ли устранить ограничения, связанные с высокой скоростью потока и большими потерями давления, что может улучшить работу холодильника и сэкономить энергию.
С 4 по 7 мая 2021 года прототип космического холодильника отправился в параболические полеты на борту самолета Zero Gravity Corporation (ZERO-G).
Как это работает?
Самолет выполняет параболы, создавая 20-секундные периоды невесомости. За четыре полета команда провела 120 таких циклов, проверяя:
Эффективность охлаждения в условиях микрогравитации.
Риск затопления хладагентом.
Стабильность работы при разных ориентациях.
Результаты
Холодильник работал так же хорошо, как и на Земле.
Не было утечек или поломок из-за невесомости.
Безопасность — жидкость не скапливалась в опасных зонах.
«Тот факт, что холодильные циклы непрерывно работали в условиях микрогравитации во время испытаний без каких-либо видимых проблем, указывает на то, что наша конструкция — это очень хорошее начало»,
— отметил Леон Брендель, аспирант Университета Пердью.
Этот эксперимент стал первым в истории задокументированным примером анализа работы парокомпрессионного процесса охлаждения в параболической или суборбитальной среде. Он позволил собрать важные данные, которые помогут усовершенствовать технологию для потенциального применения в будущих космических экспедициях.
«Собирать данные о микрогравитации и проверять, как система поддерживает охлаждение — это одно. Но совершенно другое — выявлять возможные проблемы и предсказывать их, чтобы мы могли найти обходные пути. Отзывы, которые мы получили от НАСА, и параболические испытания, которые мы проводим, играют ключевую роль в достижении этой цели»,
— отметил доктор Стивен Кэски, главный исследователь демонстрационного полета.
Как устроен космический холодильник?
Размер демонстрационного прототипа — как у большой микроволновой печи, он идеально подходит для установки в стеллажные системы Международной космической станции EXPRESS Racks.
Безмасляный компрессор — исключает проблемы с циркуляцией масла.
Универсальность — может хранить еду и биологические образцы.
Подробнее в видео:
Почему это прорыв?
Предыдущие попытки создать космический холодильник оказывались неудачными:
В 1960-х советские и американские модели быстро выходили из строя.
Современные термоэлектрические холодильники недостаточно мощные.
Новая технология решает эти проблемы и открывает путь к длительным межпланетным миссиям.
Что дальше?
Анализ данных — ученые изучают, как улучшить энергопотребление.
Испытания на МКС — следующий шаг — тесты в реальном космосе.
Адаптация для Луны и Марса — нужно проверить работу в частичной гравитации.
«Мы на пороге новой эры космических путешествий. Холодильник — это не просто удобство, а необходимость для здоровья астронавтов», — говорит Экхард Гролл, профессор Университета Пердью.
Комментарии 0
Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы оставить комментарий