El Laboratorio de Ciencia de Materiales (MSL) de la Agencia Espacial Europea es una carga útil a bordo de la Estación Espacial Internacional para experimentos de ciencia de materiales en baja gravedad.
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/7/74/MSRR-1.png/220px-MSRR-1.png)
Está instalado en el primer estante de investigación de ciencia de materiales de la NASA que se coloca en el laboratorio Destiny a bordo de la ISS. Su propósito es procesar muestras de materiales de diferentes maneras: solidificación direccional de metales y aleaciones, crecimiento cristalino de materiales semiconductores, propiedades termofísicas y experimentos de difusión de aleaciones y materiales formadores de vidrio, e investigaciones sobre polímeros y cerámicas en el líquido. -Transición de fase sólida. [1]
MSL fue construido para la ESA por EADS Astrium en Friedrichshafen, Alemania. Es operado y monitoreado por el Centro de Soporte al Usuario de Microgravedad (MUSC) del Centro Aeroespacial Alemán (DLR) en Colonia, Alemania.
Resumen de la misión
El MSL se lanzó con el transbordador espacial Discovery en su misión STS-128 a fines de agosto de 2009. Se transfirió del módulo de logística multipropósito al laboratorio de Destiny poco después de que el transbordador atracó en la Estación Espacial Internacional unos dos días después del lanzamiento. Después de eso, las actividades de puesta en servicio comenzaron para verificar primero la funcionalidad del estante de investigación de ciencia de materiales y MSL dentro del MSRR. La puesta en servicio incluyó el procesamiento de las dos primeras muestras que tuvo lugar a principios de noviembre. Después de traer esas dos muestras al suelo para que las analicen los científicos, el resto de las muestras del lote 1 se procesarán a principios de 2010.
Instalación central
La instalación del Laboratorio de Ciencia de Materiales (MSL) es la contribución de la Agencia Espacial Europea al MSRR-1 de la NASA. Ocupa la mitad de un bastidor de carga útil estándar internacional .
El MSL consta de una instalación principal , junto con subsistemas de soporte asociados. La instalación central consta principalmente de un cilindro de acero inoxidable hermético al vacío ( cámara de proceso ) capaz de alojar diferentes insertos de horno (FI) individuales , dentro de los cuales se lleva a cabo el procesamiento de muestras. La cámara de procesamiento proporciona un entorno de procesamiento controlado con precisión y una medición de los niveles de microgravedad. Puede albergar varios insertos de horno diferentes . Durante el primer lote de experimentos, se instala el horno de bajo gradiente (LGF) . Otro horno, el Horno de solidificación y enfriamiento (SQF) ya está producido y esperando en tierra para operaciones futuras. El FI se puede mover con un mecanismo de accionamiento dedicado, para procesar cada muestra de acuerdo con los requisitos de los científicos. El procesamiento normalmente se realiza al vacío.
La instalación principal admite IF con hasta ocho elementos calefactores y proporciona la infraestructura mecánica, térmica y eléctrica necesaria para manejar los IF, el conjunto de cartucho de muestra (SCA) , junto con cualquier electrónica asociada dedicada al experimento que pueda ser necesaria.
Un FI es una disposición de elementos calefactores, zonas de aislamiento y zonas de refrigeración contenidas en un conjunto de aislamiento térmico. En la envoltura exterior de este conjunto hay una camisa de metal refrigerada por agua que forma la interfaz mecánica con la Instalación Central .
Las principales características de los dos insertos de horno producidos son:
- Horno de bajo gradiente (LGF)
El LGF está diseñado principalmente para el crecimiento de cristales de Bridgman de materiales semiconductores. Consta de dos cavidades calentadas separadas por una zona adiabática. Este conjunto puede establecer gradientes bajos y controlados con precisión entre dos niveles de temperatura muy estables.
- Horno de solidificación y enfriamiento (SQF)
El SQF está diseñado principalmente para la investigación metalúrgica, con la opción de apagar la interfaz de solidificación al final del procesamiento desplazando rápidamente la zona de enfriamiento. Consiste en una cavidad calentada y una zona de enfriamiento enfriada por agua separadas por una zona adiabática. Puede establecer gradientes de temperatura de medios a pronunciados a lo largo de la muestra del experimento. Para crear grandes gradientes, un anillo de metal líquido mejora el acoplamiento térmico entre el SCA y la zona de enfriamiento. [2]
Conjunto de cartucho de muestra
Las muestras a procesar están contenidas en cartuchos experimentales, los SCA, que consisten en un tubo hermético, crisol, sensores para control de proceso, sonda de muestra y pie de cartucho (es decir, la interfaz mecánica y eléctrica a la cámara de proceso). El concepto de seguridad de MSL requiere que las muestras experimentales que contienen compuestos tóxicos estén contenidas en SCA que respalden la detección de fugas potenciales. El volumen entre la muestra del experimento y el tubo del cartucho se llena con una cantidad predefinida de criptón, lo que permite la detección de fugas mediante espectrometría de masas. Sin embargo, el primer lote de experimentos no contiene sustancias tóxicas.
Hasta 12 termopares científicos proporcionan el perfil de temperatura de la muestra y permiten un análisis térmico diferencial. [2]
Experimentos
Laboratorio de ciencia de materiales - Transición de columna a equiaxial en el procesamiento de solidificación (CETSOL) y formación de microestructuras en la fundición de aleaciones técnicas en condiciones convectivas difusivas y controladas magnéticamente (MICAST) son dos investigaciones que examinarán diferentes patrones de crecimiento y evolución de microestructuras durante la cristalización de aleaciones metálicas en microgravedad.
MICAST estudia la formación de microestructuras durante la fundición de aleaciones técnicas en condiciones convectivas controladas magnéticamente y por difusión. Los resultados experimentales, junto con los estudios paramétricos mediante simulaciones numéricas, se utilizarán para optimizar los procesos de fundición industrial. MICAST identifica y controla experimentalmente los patrones de flujo de fluidos que afectan la evolución de la microestructura durante los procesos de fundición y para desarrollar modelos numéricos analíticos y avanzados. El entorno de microgravedad de la Estación Espacial Internacional es de especial importancia para este proyecto porque solo se eliminan todas las convecciones inducidas por la gravedad y prevalecen condiciones bien definidas para la solidificación que pueden ser perturbadas por el flujo de fluidos artificiales bajo el control total de los experimentadores. Se aportarán soluciones de diseño que permitan mejorar los procesos de fundición y especialmente las aleaciones de aluminio con propiedades bien definidas. MICAST estudia la influencia de las condiciones de difusión y convección puras en aleaciones de fundición de aluminio-silicio (AlSi) y aluminio-silicio-hierro (AlSiFe) en la evolución de la microestructura durante la solidificación direccional con y sin campo magnético giratorio.
El principal objetivo de CETSOL es mejorar y validar el modelado de la transición columna-equiaxial (CET) y de la microestructura del grano en el proceso de solidificación. Esto tiene como objetivo dar confianza a la industria en la confiabilidad de las herramientas numéricas introducidas en sus modelos numéricos integrados de fundición y su relación. Para lograr este objetivo, se perseguirá una profundización intensiva de la caracterización cuantitativa de los fenómenos físicos básicos que, desde las escalas microscópicas hasta las macroscópicas, gobiernan la formación de microestructuras y CET. La CET ocurre durante el crecimiento columnar cuando crecen nuevos granos por delante del frente columnar en el líquido subenfriado. Bajo ciertas condiciones, estos granos pueden detener el crecimiento columnar y luego la microestructura de solidificación se vuelve equiaxial. Los experimentos deben realizarse en la ISS debido a la larga duración necesaria para solidificar las muestras con el objetivo de estudiar el CET. De hecho, la escala de longitud de la estructura de grano cuando tiene lugar el crecimiento columnar es del orden de la escala de fundición en lugar de la escala de la microestructura. Esto se debe al hecho de que, en una primera aproximación, es el flujo de calor el que controla la transición en lugar del flujo de soluto. Se están llevando a cabo programas experimentales con aleaciones de aluminio-níquel y aluminio-silicio. [3]
Publicaciones relacionadas
- Schaefer D, Henderson R. Concepto de instalación de investigación en ciencia de materiales. 38º Encuentro y Exposición de Ciencias Aeroespaciales. Reno, NV. 12-15 de enero; AIAA-1998-259. 1998
- Cobb SD, Higgins DB, Kitchens L. First Material Science Research Facility Capacidades de rack y características de diseño. Resúmenes de la IAF, 34ª Asamblea Científica de COSPAR, Segundo Congreso Mundial del Espacio. ; J-6-07. 2002
- Carswell W, Kroeger F, Hammond M. QMI: un horno para el procesamiento de metales y aleaciones en la Estación Espacial Internacional. Actas de la Conferencia Aeroespacial IEEE 2003. ; 1: 1-74. 2003
- Pettigrew PJ, Kitchen L, Darby C, Cobb SD, Lehoczky S. Características de diseño y capacidades del First Materials Science Research Rack (MSRR-1). Actas de la Conferencia Aeroespacial IEEE 2003. ; 1: 55-63. 2003 [4]
Ver también
Galería
Conecte a tierra MSRR-1 en configuración de lanzamiento. El lado derecho del bastidor contiene el modelo de ingeniería MSL. El lado izquierdo contiene los subsistemas de soporte de rack MSRR-1 (parte inferior) y el contenedor de almacenamiento (parte superior). El lado izquierdo tiene las adaptaciones / interfaces para admitir un módulo de horno adicional si es necesario.
Imagen de la NASA: ISS020E037829 El astronauta de la Agencia Espacial Europea Christer Fuglesang (primer plano superior) y el astronauta de la NASA Tim Kopra, ambos especialistas de la misión STS-128, instalan un estante de investigación en ciencia de materiales-1 (MSRR-1) en el laboratorio Destiny de la Estación Espacial Internacional.
Referencias
- ^ "MSL-LGF: investigación de materiales de alta temperatura a bordo de la ISS mediante hornos calentados por resistencia" . DLR . Consultado el 20 de agosto de 2009 .
- ^ a b "Laboratorio de ciencia de materiales" (PDF) . Centro de usuarios ERASMUS y Oficina de comunicación - Dirección de vuelos espaciales tripulados - Agencia Espacial Europea. Archivado desde el original (PDF) el 6 de noviembre de 2005 . Consultado el 9 de agosto de 2009 .
- ^ "MSL-CETSOL y MICAST" (PDF) . Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio . Consultado el 4 de noviembre de 2009 .
- ^ "Hoja de datos" . Archivado desde el original el 9 de julio de 2009 . Consultado el 9 de agosto de 2009 .