Les astronautes ont besoin d’un réfrigérateur; les ingénieurs en construisent un qui fonctionne en apesanteur

Les astronautes ont besoin d'un réfrigérateur;  les ingénieurs en construisent un qui fonctionne en apesanteur

Eckhard Groll (à gauche) et Leon Brendel, chercheurs de l’Université Purdue, se tiennent à côté d’une expérience de réfrigérateur qu’ils ont conçue pour fonctionner dans différentes orientations, même à l’envers. Crédit: Purdue University / Jared Pike

Pour que les astronautes partent en longues missions sur la Lune ou sur Mars, ils ont besoin d’un réfrigérateur. Mais les réfrigérateurs d’aujourd’hui ne sont pas conçus pour fonctionner en apesanteur – ou à l’envers s’ils sont orientés de cette façon lorsqu’un vaisseau spatial atterrit sur une autre planète.

Une équipe d’ingénieurs de l’Université Purdue, d’Air Squared Inc. et de Whirlpool Corporation travaille à la construction d’un réfrigérateur à gravité zéro qui fonctionne dans différentes orientations et aussi bien que celui de votre cuisine, donnant aux astronautes accès à des produits plus durables et plus aliments nutritifs.

En mai, l’équipe testera la conception de son réfrigérateur dans le laboratoire de recherche en apesanteur unique de Zero Gravity Corporation (ZERO-G). Seul espace d’essai du genre aux États-Unis, cet avion spécialement conçu volera en microgravité des dizaines de fois – pendant 20 secondes d’intervalle – au cours de chacun des quatre vols. Les données de ces vols, qui sont prises en charge par le programme Flight Opportunities de la NASA, aideront l’équipe à déterminer si la conception est prête à être utilisée dans l’espace.

Les aliments en conserve et séchés que les astronautes mangent actuellement pendant les missions ont une durée de conservation d’environ trois ans seulement. Le projet de l’équipe, financé par le programme SBIR (Small Business Innovation Research) de la NASA, vise à fournir aux astronautes un approvisionnement en nourriture qui pourrait durer cinq à six ans.

«Les astronautes ont besoin d’une nourriture de meilleure qualité qu’ils peuvent emporter. Et c’est donc là qu’un réfrigérateur entre en jeu. Mais c’est encore une technologie relativement nouvelle pour l’espace», a déclaré Eckhard Groll, professeur et directeur de l’école de génie mécanique de Purdue.

Les ingénieurs ne sont pas les premiers à essayer de construire un réfrigérateur comme ceux utilisés sur Terre pour les missions spatiales, mais ils sont parmi les rares à avoir essayé depuis que les astronautes ont marché sur la lune en 1969. n’a pas fonctionné assez bien ou est finalement tombé en panne.






Les systèmes de refroidissement actuellement sur la Station spatiale internationale sont utilisés pour des expériences et pour stocker des échantillons biologiques plutôt que pour stocker des aliments, et ils consomment beaucoup plus d’énergie que les réfrigérateurs sur Terre. L’équipe vise à concevoir un réfrigérateur qui pourrait être envoyé dans l’espace avant une mission et fonctionner à des températures de congélation pour répondre aux besoins des astronautes.

Les vols des ingénieurs de mai testeront des solutions possibles pour rendre le type de processus de refroidissement utilisé par un réfrigérateur typique – la réfrigération par compression de vapeur – suffisamment fiable pour les missions spatiales.

«Quand j’ai sauté sur ce projet, les problèmes n’étaient pas tout à fait clairs, car il n’y avait pas eu beaucoup d’expériences de réfrigération par compression de vapeur en microgravité dans le passé», a déclaré Leon Brendel, Ph.D. Purdue. étudiant en génie mécanique. «Dans un réfrigérateur typique, la gravité aide à garder le liquide et la vapeur là où ils sont censés être. De même, le système de lubrification à l’huile à l’intérieur du compresseur d’un réfrigérateur est basé sur la gravité. Lors de l’introduction d’une nouvelle technologie dans l’espace, ce qui rend l’ensemble du système fiable à zéro la gravité est la clé. « 

Brendel et Paige Beck, un junior Purdue spécialisé en génie mécanique, et trois autres membres de l’équipe d’Air Squared voleront avec des expériences testant divers aspects de la conception du réfrigérateur. Pour chaque vol, l’avion effectuera 30 paraboles comprenant des gravités martiennes, lunaires et micro. Pendant et après le pic de la parabole, les ingénieurs feront l’expérience d’un environnement de microgravité, leur permettant de flotter pour observer leurs expériences et collecter des données.

Les astronautes ont besoin d'un réfrigérateur;  les ingénieurs en construisent un qui fonctionne en apesanteur

Une équipe d’ingénieurs a construit trois expériences pour tester les effets de la microgravité sur une nouvelle conception de réfrigérateur sans huile: un prototype pour une utilisation future potentielle sur la Station spatiale internationale (à gauche), une configuration pour tester la vulnérabilité du prototype aux inondations de liquide (au centre ), et une version plus grande du prototype avec des capteurs et des instruments pour capturer comment la gravité affecte les cycles de compression de vapeur (à droite). Crédit: Air Squared, Inc.

« C’est une opportunité unique pour moi. J’ai hâte de monter à bord de l’avion », a déclaré Brendel.

Le prototype de réfrigérateur de l’équipe a à peu près la taille d’un micro-ondes, idéal pour être éventuellement installé sur la Station spatiale internationale et se brancher sur une prise électrique comme sur Terre. Le prototype, construit par Air Squared, volera comme l’une des trois expériences de l’équipe.

Les chercheurs de Purdue ont construit deux autres expériences pour voler qui les aideront à comprendre en détail le fonctionnement du prototype. L’une de ces expériences est une version plus grande du prototype avec des capteurs et d’autres instruments pour mesurer les effets de la gravité sur les cycles de compression de vapeur, tandis que l’autre expérience teste la vulnérabilité du prototype aux inondations de liquide qui pourraient endommager le réfrigérateur. Les expériences ont été construites dans les laboratoires Ray W. Herrick de Purdue, des installations de recherche sur le chauffage, la ventilation, la climatisation et la réfrigération.

L’équipe Purdue teste la capacité de la conception du réfrigérateur à fonctionner dans différentes orientations, par exemple à l’envers et sur le côté, en faisant pivoter la version plus grande du prototype dans le laboratoire. La rotation de cette expérience donne à l’équipe une idée de la façon dont la gravité affecte la conception avant de voler en mai.

« Nulle part sur le terrain vous ne pouvez trouver de microgravité pour mener une expérience, mais nous pouvons changer la direction relative de la gravité par rapport à notre réfrigérateur en le faisant tourner », a déclaré Brendel.

Si les chercheurs prouvent dans leur laboratoire que la gravité a un impact négligeable sur le cycle de compression de vapeur, alors la conception pourrait également fonctionner en apesanteur. Et – si le réfrigérateur peut fonctionner dans n’importe quelle orientation – alors les équipes spatiales n’auraient pas à se soucier de s’assurer que le réfrigérateur est à l’endroit à un palier.

Pour éviter le problème de la façon dont un environnement sans gravité affecterait le flux d’huile dans le réfrigérateur, Air Squared a développé un compresseur sans huile. Le compresseur sera testé à la fois dans le prototype et dans son homologue plus grand et plus instrumenté construit par les chercheurs de Purdue.

«Aucune gravité signifie que l’huile ne coule pas où elle le devrait. Notre conception offre une plus grande fiabilité en ne nécessitant pas d’huile dans le compresseur afin que le réfrigérateur puisse fonctionner pendant une longue période et ne pas être mis à l’épreuve par un environnement de microgravité, où l’huile pourrait quitter le compresseur, rester piégé dans le système et rendre le compresseur inutilisable », a déclaré Stephen Caskey, ingénieur de projet chez Air Squared, chercheur principal pour le prix NASA SBIR de l’équipe et ancien de l’école de génie mécanique de Purdue.

Whirlpool Corporation a fourni d’autres composants pour les expériences de réfrigération ainsi que son expertise sur la façon d’intégrer ces composants, d’exécuter les expériences et de conditionner le prototype de manière à répondre aux exigences d’utilisation sur la Station spatiale internationale.

«Si vous avez un problème avec un réfrigérateur dans l’espace, vous ne pouvez pas simplement appeler une équipe de service pour venir réparer votre réfrigérateur comme vous le pouvez sur Terre», a déclaré Alberto Gomes, ingénieur principal senior chez Whirlpool Corporation. « Lorsque nous développons des réfrigérateurs pour des applications domestiques, la fiabilité est un élément très important. Vous avez besoin que le réfrigérateur dure plusieurs années. Nous avons apporté une certaine expertise à ce projet sur la façon de rendre ces systèmes plus fiables pour l’espace. »

Si ces expériences réussissent, les astronautes ne devraient pas tarder à disposer d’un réfrigérateur fiable dans l’espace, ont déclaré les chercheurs.

«Au cours des deux dernières années de ce projet, nous avons fait d’énormes progrès pour faire avancer la technologie», a déclaré Groll. « Si ces vols paraboliques se vérifient comme nous l’imaginons et prouvent que notre système fonctionne en microgravité, il ne nous reste plus que quelques années d’avoir un réfrigérateur pour les vols spatiaux. Nous sommes ravis de fournir le réfrigérateur pour ce vol. Je pense que nous avoir tous les outils en place pour ce faire.  »


Image: Une étude explore comment le système nerveux des astronautes s’adapte à la microgravité


Fourni par Purdue University

Citation: Les astronautes ont besoin d’un réfrigérateur; les ingénieurs en construisent un qui fonctionne en apesanteur (2021, 14 avril) récupéré le 14 avril 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-04-astronauts-fridge-gravity.html

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