Италия готовится отправить на МКС кофемашину эспрессо, и поэтому группа исследователей создала специальную чашку, чтобы астронавты могли пить в космосе так же, как на Земле, — заменив роль гравитации на силы. поверхностного натяжения. (Оставьте эту идею исследователям из любящего кофеин Портленда, штат Орегон.)Во время заседания Отделения гидродинамики (DFD) Американского физического общества, 23-25 ноября 2014 г., в Сан-Франциско, Калифорния, Натан Отт, старшеклассник, работал с Марком Вайслогелем, профессором Группы термических и жидкостных наук. из Портлендского государственного университета, и Дрю Уоллман, исследователь из той же группы, опишет изучение и работу с различными капиллярными жидкостными эффектами, позволяющими приготовить эспрессо в условиях отсутствия гравитации.
Для тех, кто с ним не знаком, эспрессо отличается в первую очередь сложным коллоидом эмульгированных масел низкой плотности. И под действием силы тяжести эти масла поднимаются на поверхность, образуя поролоновую крышку, называемую «пенкой» — надежное производство которой может улучшить или разрушить репутацию бариста во всем мире.
«Поскольку разнообразие напитков эспрессо велико, мы провели специальные измерения свойств, чтобы оценить влияние смачивания и поверхностного натяжения на« итальянский »эспрессо, кофе латте и кофе американо», — пояснил Вайслогель. «Для некоторых людей текстура и ароматика« крема »играют решающую роль в общем ощущении эспрессо. Мы показываем, что в условиях низкой гравитации это может быть невозможно, но предлагаем альтернативы наслаждению эспрессо на борту космического корабля».
Этот поиск альтернатив привел к созданию специальной трехмерной печатной «чашки для эспрессо», которая, к счастью, «выпала из математики».«Форма контейнера позволяет пассивно перемещать жидкость в желаемые места без движущихся частей — используя пассивные силы смачивания и поверхностное натяжение», — сказал Вайслогель. «Его геометрия — это« умная »часть, которая управляет системой управления жидкостями, не требуя насосов или центробежных сил».По словам Вайслогеля, основная проблема дизайна заключается в том, чтобы заставить его работать в самых разных условиях плохого смачивания, которые обычно связаны с напитками на водной основе. «К счастью, эспрессо считается маслянистым напитком, а это значит, что он отлично действует», — добавил он.
Теперь, когда Вайслогель и его коллеги продемонстрировали управление на основе математических расчетов, быструю трехмерную печать и быстрые тесты опускаемой башни, чтобы подтвердить работу чашки в условиях низкой гравитации, их методы повысят уровень технологической готовности космических кораблей — при одновременном снижении потребности в дорогостоящих испытания в космосе. «Этот процесс почти обеспечивает желаемую производительность при первом использовании устройства в космосе», — сказал он.Их работа выходит далеко за рамки эспрессо. «Мы стремимся использовать наши новые методы для повторной оценки всех жидкостных систем на борту космических кораблей, включая системы охлаждения, топливные баки, оборудование для обработки воды для жизнеобеспечения, среды обитания растений и животных, медицинские жидкости, продукты питания и т. Д.», — отметил Вейслогель.
Это захватывающее время, потому что сейчас легко доступны инструменты для проектирования современного оборудования для использования в космосе с гораздо большей надежностью, чем это было возможно раньше. «Эпоха МКС — идеальное время для разработки и демонстрации этих инструментов по мере того, как мы продолжаем исследовать нашу солнечную систему», — сказал Вайслогель.