Airbus: un “motore a vapore” per la Stazione Spaziale Internazionale
La prossima missione di rifornimento (CRS-18) che verrà lanciata da Cape Canaveral, in Florida, invierà uno speciale “motore a vapore” sulla Stazione Spaziale Internazionale (ISS). RUBI (Reference mUltiscale Boiling Investigation), un esperimento di meccanica dei fluidi progettato e realizzato da Airbus per l’Agenzia spaziale europea (ESA), studia i principi fondamentali dell’ebollizione dei fluidi. L’astronauta dell’ESA Luca Parmitano installerà RUBI nel modulo Columbus della ISS durante i cinque mesi della sua missione “Beyond” (da luglio a dicembre 2019). L’esperimento sarà quindi eseguito e monitorato dal B-USOC (Belgian User Support and Operation Centre), a Bruxelles.
RUBI studierà i fenomeni di transizione di fase e il trasferimento di calore durante l’evaporazione dei fluidi su scala microscopica e macroscopica. L’elemento chiave di RUBI è una cella riempita con un fluido, che può essere riscaldata e raffreddata termoelettricamente. Il processo di ebollizione viene quindi attivato utilizzando un laser su un riscaldatore di vetro rivestito di metallo. Le telecamere ad alta risoluzione registrano la formazione e lo sviluppo di bolle di vapore sia nello spettro visibile che nell’infrarosso. Scattando fino a 500 immagini al secondo, le telecamere RUBI sono in grado di creare una rappresentazione tridimensionale della forma delle bolle e di analizzare la distribuzione termica sul riscaldatore, consentendo agli scienziati di determinare con precisione le condizioni di evaporazione e le densità del flusso di calore. Il processo di ebollizione può essere influenzato in modo sistematico utilizzando un elettrodo ad alta tensione (fino a 15.000 volt) e un circuito convettivo regolabile. Sulla Terra, a causa della forza di gravità, si formano soltanto piccole bolle che si staccano rapidamente dalla superficie riscaldata, mascherando altri effetti fisici. Gli scienziati vogliono ottimizzare i loro modelli numerici del processo di ebollizione attraverso una serie di test condotti in assenza di gravità e corrispondenti ai test di riferimento sulla Terra. In futuro, tali test potrebbero contribuire alla produzione di elettrodomestici (quali stufe e radiatori) e scambiatori di calore, creando processi di produzione industriale più efficienti ed ecologici.
Una delle principali sfide affrontate dal team industriale guidato da Airbus è stata quella di ridurre RUBI alle dimensioni di una “scatola da scarpe” (40x28x27 cm) del peso di soli 34 kg, in modo che potesse essere utilizzata nello spazio. In confronto, un laboratorio installato sulla Terra avrebbe una dimensione simile a quella di un armadio (2x1x1 m), per un peso di circa 300 kg.