Исследователи разработали сложенный пластиковый топливный баллон в стиле оригами, который не трескается при сверхнизких температурах и когда-нибудь может быть использован для хранения и перекачки топлива. Под руководством аспиранта Кьелла Вестры и Джейка Личмана, доцента Школы машиностроения и материаловедения, исследователи опубликовали свою работу в журнале Cryogenics.
Проблема управления топливом была важным ограничивающим фактором в космических путешествиях, в значительной степени ограничивая космические путешествия либо более короткими поездками для больших объемов груза, либо небольшими спутниками для длительных миссий. В первые дни существования U.S. космическая программа в 1960-х и 1970-х годах исследователи пытались разработать круглые воздушные шары для хранения и перекачки жидкого водородного топлива.
Они потерпели неудачу. Каждый баллон разобьется или протечет, когда они попытаются сжать его при очень низких температурах, необходимых для жидкого топлива. Самые душевные проекты длились всего пять циклов.
Исследователи отказались от этих усилий и вместо этого стали полагаться на менее идеальные устройства управления топливом. Современные системы используют металлические пластины и принцип поверхностного натяжения для управления жидким топливом, но системы работают медленно и могут вытекать топливо только в небольших количествах, поэтому размер топливных баков и задач ограничены.
«Люди долгое время пытались делать пакеты для ракетного топлива», – сказал Личман. "В настоящее время мы не совершаем больших длительных поездок, потому что мы не можем хранить топливо достаточно долго в космосе."
Путем поиска в литературе Вестра наткнулась на статью, в которой исследователи разработали мехи на основе оригами.
Исследователи начали изучать оригами в 1980-х и 1990-х годах с идеей использовать его сложные формы и интересное механическое поведение. Складки оригами распределяют нагрузки на материал, уменьшая вероятность его разрыва.
Используя тонкий пластиковый лист из майлара, Вестра и его сотрудники из лаборатории исследований свойств водорода для энергетики решили применить созданную им конструкцию для разработки топливного баллона.
«Лучшие решения – это те, которые уже готовы, и которые вы затем можете перенести на то, над чем работаете», – сказал Вестра.
Никогда раньше не пробуя оригами, он сказал, что потребовалась пара попыток и несколько часов с видео на Youtube, чтобы понять, как складывать мехи. Сложив его, он проверил его в жидком азоте при температуре около 77 градусов Кельвина.
Исследователи обнаружили, что мочевой пузырь можно сжать не менее 100 раз без разрыва и утечки в холодных условиях. С тех пор они неоднократно демонстрировали сильфон, и в нем до сих пор нет дырок.
«Мы думаем, что решили ключевую проблему, которая сдерживала всех», – сказал Личман. "Мы в восторге от этого."
Теперь исследователи начинают проводить более тщательное тестирование. Они планируют провести испытания с жидким водородом, оценивая, насколько хорошо они могут хранить и удалять топливо, и сравнивая скорость потока своего мочевого пузыря с существующими системами. Вестра недавно получил стипендию НАСА для продолжения проекта.
«Успех Кьелла – прекрасный пример того, как отличные студенты WSU изучают то, что есть на свете, а затем оказываются в нужном месте в нужное время, чтобы это произошло», – сказал Личман.