think-tank

Klasična rješenja su najbolja: Inspiraciju za izradu otpornog spremnika za raketno gorivo pronašli u origamiju

19.12.2020 u 16:59

Bionic
Reading

Istraživači Državnog sveučilišta Washington iskoristili su drevnu japansku umjetnost presavijanja papira kako bi riješili ključni izazov za putovanja u svemir: Kako uskladištiti i dovesti gorivo u raketne motore

Američki istraživači razvili su preklopni plastični spremnik goriva inspiriran origamijem koji ne puca na superhladnim temperaturama i jednog bi se dana mogao koristiti za skladištenje i crpljenje goriva. Pod vodstvom studenta Kjella Westre i Jakea Leachmana, izvanrednog profesora na Fakultetu za strojarstvo i materijale, istraživači su svoj rad objavili u časopisu Cryogenics.

Kako gospodariti gorivom, ključno je pitanje koje muči sve planere svemirskih putovanja, svejedno bila riječ o kraćim putovanjima velikih količina tereta ili slanju malih satelita u dugotrajne misije.

U pionirskim danima američkog svemirskog programa, šezdesetih i sedamdesetih godina prošlog stoljeća, istraživači su pokušali razviti okrugle balone za pohranu i crpljenje tekućeg vodika. Nisu uspjeli. Svaki bi se mjehur rasprsnuo ili procurio dok bi ga pokušavali stisnuti na vrlo niskim temperaturama. Najotporniji dizajni trajali bi maksimalno pet ciklusa.

Istraživači su potom okrenuli ploču. Postojeći sustavi koriste metalne ploče i princip površinske napetosti za upravljanje tekućim gorivima, ali ti sustavi su spori i mogu istisnuti samo male količine goriva, što ograničava veličinu spremnika, pa onda i samih misija.

'Ljudi već dugo pokušavaju napraviti vreće za raketno gorivo', rekao je Leachman. 'Trenutno se ne upuštamo u velika, dugotrajna putovanja jer gorivo ne možemo čuvati dovoljno dugo u svemiru.'

Kamera u spremniku za gorivo Saturna 1B prikazuje ono što se događa s vodikom Izvor: Društvene mreže / Autor: Julian Danzer

Pretražujući literaturu, Westra je došao do rada u kojem su istraživači razvili mjehove temeljene na origamiju. Započeli su proučavati origami osamdesetih godina prošlog stoljeća; željeli su iskoristiti njegove složene oblike i zanimljivo mehaničko ponašanje. Oblik origamija raspoređuje sile po materijalu, čineći ga otpornijim na pucanje.

Koristeći BoPET, tanki poliesterski film izrađen od rastezljivog polietilen tereftalata, Westra i suradnici iz laboratorija Hydrogen Properties for Energy Research odlučili su taj materijal i tehnologiju izrade iskoristiti za razvoj spremnika goriva.

'Najbolja rješenja su ona već gotova, koja zatim možete primijeniti na ono na čemu radite', zaključuje Westra.

Budući da inženjeri nisu imali iskustva s izradom origamija, instrukcije su potražili na YouTubeu. Nakon nekoliko neuspjelih pokušaja otkrili su kako presaviti materijal i testirali ga u tekućem dušiku na 200 Celzijevih stupnjeva ispod ništice.

Istraživači su otkrili da se mjehur može stisnuti najmanje 100 puta bez lomljenja ili propuštanja materijala u hladnim uvjetima. Pokus su ponovili bezbroj puta i materijal se još uvijek dobro drži.

'Mislimo da smo riješili ključni problem koji je kočio napredak', oduševljen je Leachman. 'Svi smo uzbuđeni zbog toga.'

Slijede rigoroznija ispitivanja. Materijal će ispitati tekućim vodikom, procjenjujući koliko dobro mogu skladištiti i crpiti gorivo i usporediti te rezultate s postojećim sustavima. U tome će im pomoći i upravo odobrena NASA-ina stipendija.