Origami inspiracją w tworzeniu zbiornika na paliwo rakietowe

Inspiracja japońską sztuką składania papieru może pomóc w rozwiązaniu problemu przechowywania paliwa podczas lotów kosmicznych – informuje pismo “Cryogenics”.

Składany zbiornik paliwa z tworzywa sztucznego, który nie pęka w bardzo niskich temperaturach i pewnego dnia mógłby zostać użyty do przechowywania i pompowania paliwa  ►

Problemy związane z przechowywaniem paliwa stanowią w przypadku lotów kosmicznych poważne ograniczenie. Z dużym ładunkiem możliwe są jedynie krótkie loty, zaś długotrwałe misje mogą wykonywać tylko małe obiekty. Na początku amerykańskiego programu kosmicznego w latach 60. i 70. XX wieku naukowcy próbowali opracować okrągłe balony do przechowywania i pompowania ciekłego paliwa wodorowego. Nie udało się. Każdy taki pęcherz pękał lub przeciekał, gdy próbowano go ścisnąć w bardzo niskich temperaturach wymaganych dla paliw płynnych. Najmocniejsze projekty wytrzymywały tylko pięć cykli.

Naukowcy porzucili elastyczne zbiorniki i zaczęli polegać na innego rodzaju urządzeniach do zarządzania paliwami. Obecne systemy wykorzystują metalowe płytki i zasadę napięcia powierzchniowego, ale są powolne i mogą dostarczać paliwa tylko w małych ilościach. Dlatego rozmiary zbiorników paliwa (i zakres misji kosmicznych) są ograniczone.

Teraz naukowcy z Washington State University opracowali inspirowany origami, zbiornik paliwowy o zmiennej objętości z tworzywa sztucznego, który nie pęka w bardzo niskich temperaturach i może w przyszłości służyć do przechowywania i pompowania paliwa. Zespołem kierują doktorant Kjell Westra i Jake Leachman, profesor nadzwyczajny w Szkole Inżynierii Mechanicznej i Materiałowej.

– Ludzie od dawna próbują robić worki na paliwo rakietowe – powiedział Leachman. – Obecnie nie wykonujemy dużych, długich podróży, ponieważ nie możemy wystarczająco długo magazynować paliwa w przestrzeni.

  
Kjell Westra i Jake Leachman (fot. Washington State University)

Przeglądając literaturę przedmiotu, Westra natrafił na artykuł, którego autorzy opracowali zbiorniki mieszkowe na bazie origami. Badania dotyczące złożonych kształtów i interesujących właściwości mechanicznych origami rozpoczęły się w latach 80. i 90. XX wieku. Załamania origami równomierniej rozkładają naprężenia w materiale, zmniejszając prawdopodobieństwo jego rozerwania.

Korzystając z cienkiego arkusza tworzywa sztucznego Mylar, Westra i jego współpracownicy z Washington State University postanowili zastosować znaleziony przez siebie projekt do opracowania zbiornika paliwowego.

Ponieważ Westra nigdy wcześniej nie próbował swoich sił w origami, spędził kilka godzin oglądając szkoleniowy film na YouTube. Po paru próbach udało się w końcu złożyć szczelny mieszek. Próby z ciekłym azotem (77 kelwinów) wypadły pomyślnie – zbiornik dało się ścisnąć co najmniej 100 razy bez pękania czy wycieku. Od tego czasu przeprowadzonych zostało wiele demonstracji – i nadal nie pojawiły się przecieki.

Naukowcy planują przeprowadzić testy z ciekłym wodorem, aby ocenić, jak dobrze mogą przechowywać i dostarczać paliwo oraz porównać natężenia przepływu swojego zbiornika z obecnymi systemami. Westra niedawno otrzymał stypendium NASA dla absolwentów, aby kontynuować projekt.

Więcej informacji na stronie www.news.wsu.edu