Vízforralás és erőmű a világűrben

Igencsak téved, aki azt képzeli, hogy egy űrbeli pikniken az űrturisták majd egyszerűen megfőzik a reggelijükhöz való tojásokat. Felhajtóerő és hőáramlás nélkül ugyanis a forrásban lévő folyadékok meglehetősen furán viselkednek. Ezt igazolja a Nasa által készített ritka videofelvétel is.

A súlytalanságban, melyet a kísérletekhez csak az űrállomások és a rendszeresen indított űrsiklók korában lehetett huzamosabb ideig biztosítani, ugyancsak elhúzódott a főzőcskézés. A NASA által most bemutatott videó szolgáltatja az első bizonyítékokat. Az egyik űrsikló fedélzetén készített felvétel forrásban levő folyadékot mutat, egyszer a Föld nehézkedési erejének kitéve, egyszer pedig a világűr mikrogravitációs körülményei között.

Freonforralás az űrben

Kereken tíz éve már, hogy a Michigan Egyetem és a NASA tudósai és mérnökei közelebbről megvizsgálták a hosszabb ideig parlagon heverő vízforralási problémát. 1992 és 1996 között öt űrsiklóküldetés alatt végeztek forralási kísérleteket, gyakorlati szempontok miatt a freont választva a vizsgálat alanyának.

Az eredmények meglepetést okoztak. A Földön megszokott ezernyi apró buborék helyett a világűrbe helyezett edényben egy hatalmas gőzbuborék rotyogott, amely egymás után elnyelte a körülötte lebegő gázbuborékokat. Mivel nincs gravitáció, ami ellen küzdeni kellene, a buborék nem is emelkedett fel a folyadék felszínére.

A felhajtóerő nem létezik a súlytalanságban. Szintén elmarad a konvekció, vagyis az energiaközlés áramlások segítségével. A forró részek forróak maradnak, a hidegek pedig alig melegednek egy kicsit.

A kozmikus főzőedényekben végbemenő folyamatokat nem csak szórakoztató célból örökítették meg, fontosabb szerepük is van. Sok műszaki berendezés alkalmazza a állapotváltás fizikai elvét, még a világűrben is. Mivel a folyékony halmazállapotból a gázállapotba átmenet rengeteg energiát igényel, melyet a levegőbuborékok révén el lehet szállítani, a jelenség kiválóan alkalmazható a hűtésnél.

Forrásban lévő freon a Földön (balra) és mikrogravitációban

Gőzturbinát működtethet a folyamat

Az ISS fedélzetén például már egy kétlépcsős hűtőrendszer működik. Egy zárt körben először ammóniát párologtatnak el, ami hőelvonással jár, majd a világűr hidegében a közeg újból folyadékká hűl vissza. A súlytalanságban zajló forrási folyamatok kiismerése egyszer a kutatók reményei szerint kis űrbeli erőművek megalkotásához vezethet. A napenergia segítségével felforralt folyadék gőze turbinát hajthat, és így áramot termelhet.

A súlytalan erőmű gondolatának megvalósításában úttörő szerepet vállaltak a Michigan Egyetem fizikusai, mindenekelőtt Herman Merte. A kutató a folyékony rakéta-hajtóanyagok kapcsán már a hetvenes évek közepén felvetette a súlytalanságban lévő folyadékok forralásának vizsgálatát

A legfontosabb probléma a súlytalanság előállítása volt. Az ejtőtoronyban elvégzett első kísérletek ugyan 1,4 másodpercre kiiktatták a gravitációt, de túl sok nem derült ki a kísérletek rövid időtartama alatt.

A kilencvenes évek elején aztán a kutatók véletlenül helyet kaptak az egyik űrsiklón. Merte megragadta az alkalmat, és a kísérleti berendezését küldte a fedélzetre. Korábban senki a világon nem figyelt még meg forrási folyamatot a világűrben.

A nemrégiben egyetemi professzorrá kinevezett Herman Merte freont használt a kísérleteihez. 50 fokos forrási hőmérsékletével az anyag jóformán ideális a vizsgálatokhoz, ráadásul szobahőmérsékleten a folyadék még nem párolog el. A forrásba hozásához azonban kevesebb energiára van szükség, mint például a víz esetében.

Ettől függetlenül az űrsikló korlátozott energiatartalékai miatt 1992 szeptemberében csak kilenc különböző kísérletet végezhettek, mindegyik mintegy kétperces időtartamú volt. Ha csak egy repülésük lett volna, a megfigyelések közül sokat el sem hitt volna - mondja most Merte. De a kutatónak szerencséje volt, a freonfőző ötször járhatta meg a világűrt, a megfigyeléseket igazolva és újabb elméleteket tesztelve.

Ragyás buborékok

Óriásbuborékok súlytalanságban

A legfontosabb megfigyelés: a világűrben a gázbuborékok rendkívül gyorsan nőnek, gyorsabban, mint azt a földi elmélet jósolja. Míg földi körülmények között másfél milliméteres struktúrák alakulnak ki az edény alján, majd elindulnak felfelé, a világűr buborékai öt centiméteresre is megnőnek.

Egy jelenség különösen elképesztette a tudósokat. Meg tudták figyelni, hogy durva lett a buborék felszíne. Vagyis a levegő és a folyadék között jóval nagyobb az érintkezései felület, és a buborékok a vártnál lényegesebben gyorsabban nőnek. Most már csak az a kérdés, hogyan alakulnak ki a határfelület öblösödései.