Wat heeft het blauwe vriespak dat je in je koelbox gooit gemeen met een ruimtepak voor astronauten? Thermodynamica en materialen met faseverandering (PCM). Net zoals astronauten koel moeten blijven wanneer ze tijdens een ruimtewandeling worden blootgesteld aan intens zonlicht, hebben warme dranken hulp nodig om warm te blijven.
Een van de wetenschappers die de PCM-gegevens voor een door NASA gefinancierd onderzoek aan de Universiteit van Missouri kraken, Dr. Hongbin Ma, bleef zijn koffie vergeten en was het beu die koud te drinken. Dus gebruikte zijn team hetzelfde PCM-onderzoek om een mok te bouwen met betere thermische eigenschappen - de Burnout Mok - aldus Ma, CEO van ThermaVant Technologies LLC. Toen space shuttle astronauten lange uren in de ruimte werkten, waren hun pakken niet in staat om een consistente, comfortabele temperatuur te handhaven. De fysica van de thermodynamica - energieoverdracht en het effect daarvan op de fysische eigenschappen van stoffen - wordt lastig bij de extreme temperaturen in de ruimte. Daarom is een speciaal verwarmings- en koelsysteem nodig.
Om ontwerpen te testen voordat een nieuw pak wordt gemaakt, maken technologen gebruik van computersimulaties. Het kiezen van de juiste temperatuurformules voor die virtuele testomgeving was één onderdeel van het onderzoek. Ma heeft ook een PCM getest en aanbevolen die kan worden gebruikt in het koelsysteem van het pak, een aangepaste versie van die welke in ruimtevaartuigen worden gebruikt.
Een thermisch controlesysteem van een ruimtevaartuig houdt het voertuig op de juiste temperaturen. Het zorgt ervoor dat de cabineomgeving en de machines op de beste temperaturen worden gehouden, aldus Scott Hansen, thermisch ingenieur bij NASA's Johnson Space Center in Houston. Door een PCM in dat systeem op te nemen, is het mogelijk om overtollige warmte op te slaan en later weer af te geven wanneer extreme koude temperaturen dezelfde technologie kunnen bevriezen.
De Apollo maanrover, het ruimtestation, de Orion-capsule en de koplampen van het nieuwste ruimtepakontwerp bevatten allemaal een PCM. "Warmtewisselaars op basis van Phase Change Materials zijn perfect geschikt om een bewoonbare omgeving en de temperatuur van de componenten in een lage baan om de maan te handhaven. Als we dit soort systemen niet in Orion zouden inbouwen, zou de bemanning het te warm en vervolgens te koud krijgen," aldus Hansen.
Veel materialen kunnen veranderen van vloeibaar naar vast en weer terug, maar ze moeten veilig zijn met behoud van een bepaald temperatuurbereik. Water zet uit als het bevriest en kan in de ruimte een levensgevaarlijke breuk veroorzaken. Paraffinewas en koelmiddelen zijn effectief, maar giftig voor mensen, waardoor een lek gevaarlijk wordt. De onderzoekers adviseerden uiteindelijk een bio-gebaseerde optie voor ruimtepakken.
Michael Merwin, operationeel directeur van ThermAvant uit Columbia, Missouri, zei dat biologische was de perfecte oplossing bleek voor het handhaven van een optimale temperatuur voor zowel koffie als astronauten. In dit geval was het een bijenwasachtige sojasubstantie.
De Burnout Mug, die in 2018 werd uitgebracht, gebruikt een vacuümafdichting voor isolatie, waarbij de was, HeatZorb genaamd, tussen de binnen- en buitenschaal wordt aangebracht. De was is samengesteld om de ideale temperatuur voor een warme drank (koffie of thee) na verloop van tijd te behouden. Zodra er hete vloeistof in gaat, absorbeert de was snel de overtollige warmte en smelt, waardoor binnen enkele ogenblikken een drinkbare temperatuur ontstaat. Als de koffie begint af te koelen, wordt die opgeslagen warmte weer afgegeven.
Het bedrijf ontwikkelt andere producten die dezelfde technologie kunnen gebruiken om te voldoen aan unieke behoeften op medisch gebied. Twee daarvan zijn een kleine insulinecontainer en een transportbox voor donororganen, die beide een perfecte temperatuur vereisen.
Bron: NASA
