El Laboratorio de Ciencia de Fluidos es una carga útil científica europea (ESA) diseñada para su uso en Columbus construido por Alenia Spazio , OHB-System y Verhaert Design and Development . Es una instalación multiusuario para realizar investigaciones de física de fluidos en condiciones de microgravedad . Puede ser operado en modo total o semiautomático y puede ser controlado a bordo por los astronautas de la ISS , o desde tierra en el llamado modo de telesciencia .
El principal objetivo de realizar experimentos de ciencia de fluidos en el espacio es estudiar fenómenos dinámicos en ausencia de fuerzas gravitacionales. Bajo microgravedad, tales fuerzas se eliminan casi por completo, lo que reduce significativamente la convección , la sedimentación y la estratificación impulsadas por la gravedad y la presión estática del fluido , lo que permite el estudio de los efectos dinámicos de los fluidos normalmente enmascarados por la gravedad. Estos efectos incluyen calor controlado por difusión y transferencia de masa .
La ausencia de convección impulsada por la gravedad elimina los efectos negativos de los gradientes de densidad (distribución de masa no homogénea) que surgen en procesos que involucran tratamiento térmico, transiciones de fase, transporte difusivo o reacción química. La convección en los procesos terrestres es un factor perturbador fuerte, cuyos efectos rara vez son predecibles con gran precisión y que dominan la transferencia de calor y masa en los fluidos.
La capacidad para controlar con precisión tales procesos sigue siendo limitada, y su comprensión completa requiere más investigación fundamental mediante la realización de experimentos con modelos bien definidos para desarrollar y probar teorías relacionadas en microgravedad. Esto debería facilitar la optimización de los procesos de fabricación aquí en la Tierra y mejorar la calidad de productos de alto valor, como los semiconductores .
El Laboratorio de Ciencias de los Fluidos ocupa completamente un estante de carga útil estándar internacional . El elemento básico de la instalación consiste en el módulo de diagnóstico óptico y el módulo experimental central en el que se insertan y operan secuencialmente los contenedores del experimento . El módulo de diagnóstico óptico alberga el equipo para la observación visual e interferométrica, sus componentes electrónicos de control relacionados y los puntos de conexión e interfaces para las cámaras de montaje frontal . El Módulo Experimental Central se divide en dos partes:
- La primera parte contiene la estructura de suspensión para los Contenedores de Experimentos , incluidas todas las interfaces funcionales y el equipo óptico, y está diseñada para extraerse del bastidor para permitir la inserción y extracción del Contenedor de Experimentos .
- La segunda parte contiene todos los equipos de diagnóstico e iluminación y su electrónica de control para comandar y monitorear los componentes electromecánicos y opto-mecánicos . El Facility Core Element se complementa con los subsistemas funcionales de distribución de energía, acondicionamiento ambiental y procesamiento y gestión de datos.
Los experimentos deben estar integrados en un contenedor de experimentos FSL (FSL EC). Con una masa típica de 25 a 30 kilogramos (55 a 66 libras), una masa máxima de 40 kilogramos (88 libras) y dimensiones estándar de 400 x 270 x 280 mm (15,7 x 10,6 x 11,0 pulgadas), el EC ofrece un amplio espacio para acomodar el conjunto de la celda de fluido, incluidos los estímulos de proceso necesarios y la electrónica dedicada.
Para la observación de experimentos, el Laboratorio de Ciencias de los Fluidos incluye:
- Observación visual de dos ejes con imágenes electrónicas y respaldo fotográfico a través de cámaras montadas en la parte frontal que brindan imágenes de alta velocidad junto con alta resolución y grabación en color;
- Iluminación de fondo, hoja y volumen con luz blanca y fuentes de luz monocromáticas (láser);
- Velocimetría de imagen de partículas , incluidos trazadores de cristal líquido para velocimetría y termometría simultáneas;
- Mapeo termográfico (infrarrojo) de superficies líquidas libres;
- Observación interferométrica en dos ejes mediante interferómetros convertibles con alineación activa:
- Interferómetro holográfico ;
- Wollaston - interferómetro de cizallamiento ;
- Modo Schlieren combinado con modo de corte;
- Interferómetro electrónico de patrón de moteado .
El equipo de soporte de vuelo , como repuestos, herramientas especiales y consumibles (por ejemplo, agentes de limpieza), cámaras de montaje frontal y objetivos de referencia óptica para calibración de experimentos y diagnósticos, también estarán disponibles a bordo para respaldar los experimentos de los clientes.
Recientemente se han implementado en el Laboratorio de Ciencias de Fluidos una serie de mejoras, en parte como resultado de nuevos desarrollos tecnológicos. Los más notables entre ellos son una nueva Unidad de Gestión de Video (VMU) y el Subsistema de Aislamiento de Vibraciones por Microgravedad (MVIS) desarrollado por la Agencia Espacial Canadiense . Los científicos pueden optar por activar MVIS para aislar (a través de la levitación magnética ) el experimento y el diagnóstico óptico de las perturbaciones del jitter g de la estación espacial. El VMU ya ha proporcionado datos científicos notables y buenos durante la reciente Misión CompGran, instalada por Alexander Gerst en junio de 2018. El sistema MVIS se explotará primero con la próxima Misión de Ebullición Multiescala de Referencia a partir de agosto de 2019.
FSL se opera de acuerdo con el concepto de operación de carga útil descentralizada de la ESA. El Centro Responsable de Instalaciones (FRC) para FSL era MARS , ubicado en Nápoles , Italia y ahora es el Centro de Operaciones y Soporte de Usuario belga de BUSOC , ubicado en Bruselas , Bélgica . [1] [2]
Publicaciones relacionadas
- Dewandre T, Mundorf H, Tacconi M, Allegra A, Pensavalle E, Winter J. El laboratorio de ciencia de fluidos y su programa de contenedores de experimentos en Columbus. 54º Congreso Astronáutico Internacional. Bremen, Alemania, septiembre - octubre. . 2003
- Dewandre T, Dubois F, Callens N, Dupont O, Bascou E. Microscopía holográfica digital fr Emulsiones en el laboratorio de ciencia de fluidos. Congreso Internacional de Óptica Espacial. Toulouse, Francia. Marzo Abril, . 2004
- Dewandre TM, Winter JL. Contenedores de experimentos para el laboratorio de ciencia de fluidos de la ESA. ISPS y Spacebound 2003, Toronto, Canadá. 2003
Galería
Ver también
Referencias
Este artículo incorpora material de dominio público del documento de la NASA : "Laboratorio de ciencia de fluidos (FSL)" .
enlaces externos
- Página de la ESA sobre FSL
- Páginas web de ESA FSL Facility