Kühltechnologieforschung an Bord der ISS

Mediennachweis: Bild mit freundlicher Genehmigung der NASA

29. August 2023

Wallops Flight Facility (VA), 29. August 2023 – Was wäre, wenn die Mikrogravitation der Schlüssel zur Verhinderung der Überhitzung fortschrittlicher Elektronik wäre? Das ist eine Idee hinter einer vom National Laboratory der Internationalen Raumstation (ISS) gesponserten Untersuchung, die kürzlich für die 19. Commercial Resupply Services-Mission (NG-19) von Northrop Grumman gestartet wurde. Diese Woche arbeitet die ISS-Besatzung an dem Experiment, das darauf abzielt, die Effizienz von Wärmeübertragungsgeräten zu verbessern, die in verschiedenen Technologien verwendet werden, von Laptops bis zum Hubble-Teleskop der NASA.

Wärmerohre basieren auf dem komplexen Zusammenspiel zwischen der Dampf- und der Flüssigkeitsphase innerhalb eines geschlossenen Systems, eine Dynamik, die ihre Leistung stark beeinflussen kann. Aufbauend auf früheren Forschungen zur Raumstation nutzen Forscher des Rensselaer Polytechnic Institute (RPI) mit Unterstützung des ISS National Lab Implementation Partners Tec-Masters, Inc. die Mikrogravitation, um die Dampf-Flüssigkeits-Grenzflächen organischer Gemische, die in der Wärme verwendet werden, besser zu verstehen Rohre, was zu einer verbesserten Effizienz führen könnte.

Die von der US-amerikanischen National Science Foundation (NSF) finanzierte Untersuchung könnte Entdeckungen ermöglichen, die den Weg für Innovationen in mehreren Bereichen ebnen, darunter Energie, Fertigung und Weltraumforschung. Heatpipes spielen eine wichtige Rolle bei der Kühlung elektronischer Geräte, aber ihre Einsatzmöglichkeiten enden damit noch nicht. Sie werden auch in Satelliten und sogar Mars-Rovern eingesetzt.

„Da elektronische Geräte immer kleiner werden und gleichzeitig mehr Strom erzeugen, und Technologien für langfristige Weltraummissionen höchste Zuverlässigkeit und minimalen Wartungsaufwand erfordern, wird eine effiziente Kühlung von größter Bedeutung, um Überhitzung zu verhindern und optimale Leistung sicherzustellen“, sagte Projektleiter Joel Plawsky. Professor für Chemieingenieurwesen am RPI. „Die Durchführung dieses Experiments auf der Raumstation ermöglicht es uns, den Einfluss der Schwerkraft zu eliminieren und die Dampf-Flüssigkeits-Grenzflächen organischer Gemische, die in Wärmerohren verwendet werden, in einem völlig neuen Licht zu untersuchen.“

Die Ergebnisse könnten sich auf mehrere Disziplinen auswirken und den technologischen Fortschritt in verschiedenen Sektoren vorantreiben. Wärmerohre verwenden Flüssigkeit zur Wärmeübertragung. Ein wesentliches Merkmal des Geräts besteht jedoch darin, dass die Flüssigkeit einen Phasenwechsel zwischen Flüssigkeit und Dampf durchläuft. Die Bewegung und Dynamik der Schnittstelle zwischen den beiden Phasen kann die Leistung von Wärmerohren und ähnlichen Systemen erheblich beeinflussen.

In der Mikrogravitation wirken sich das Fehlen einer durch Auftrieb verursachten Konvektion und die daraus resultierende Verringerung der Oberflächenspannung aufgrund der höheren Temperatur am beheizten Ende des Rohrs erheblich auf die Dynamik und die thermische Leistung des Wärmerohrs aus. Durch die genaue Untersuchung der Phasenänderung von Flüssigkeit zu Dampf und der Form der Dampf-Flüssigkeits-Grenzfläche unter diesen Bedingungen möchte Plawsky die zugrunde liegende Physik hinter der Funktion von Wärmerohren untersuchen.

Das Forschungsteam wird neue Techniken testen, um Fehlfunktionen von Wärmerohren zu diagnostizieren und neue Modelle zu validieren, die im Labor auf der Erde entwickelt wurden. Plawsky hofft, dass die Untersuchung ein Auftakt für die Entwicklung einer künftigen Heatpipe-Benutzeranlage in einer erdnahen Umlaufbahn sein wird, in der Unternehmen Heatpipe-Designs und verschiedene Arbeitsflüssigkeiten testen können.

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Medienkontakt:Patrick O'[email protected]

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Über das Nationallabor der Internationalen Raumstation (ISS): Die Internationale Raumstation (ISS) ist ein einzigartiges Labor, das Forschung und Technologieentwicklung ermöglicht, die auf der Erde nicht möglich wäre. Als öffentliches Dienstleistungsunternehmen ermöglicht das ISS National Lab Forschern, diese Multiuser-Einrichtung zu nutzen, um das Leben auf der Erde zu verbessern, weltraumgestützte Geschäftsmodelle zu entwickeln, die wissenschaftliche Kompetenz künftiger Arbeitskräfte zu verbessern und einen nachhaltigen und skalierbaren Markt im erdnahen Orbit zu erweitern. Durch dieses umlaufende nationale Labor stehen Forschungsressourcen auf der ISS zur Verfügung, um Nicht-NASA-Wissenschafts-, Technologie- und Bildungsinitiativen von US-Regierungsbehörden, akademischen Institutionen und dem Privatsektor zu unterstützen. Das Center for the Advancement of Science in Space, Inc. (CASIS) verwaltet das ISS National Lab im Rahmen einer Kooperationsvereinbarung mit der NASA und erleichtert den Zugang zu seiner permanenten Mikrogravitations-Forschungsumgebung, einem leistungsstarken Aussichtspunkt in der erdnahen Umlaufbahn sowie den extremen und vielfältigen Möglichkeiten Bedingungen des Raumes. Um mehr über das ISS National Lab zu erfahren, besuchen Sie unsere Website.

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