Các nhà nghiên cứu sử dụng origami để giải quyết thách thức du hành vũ trụ

Các nhà nghiên cứu của WSU đã sử dụng nghệ thuật gấp giấy cổ xưa của Nhật Bản để có thể giải quyết một thách thức quan trọng đối với việc du hành ngoài vũ trụ – làm thế nào để lưu trữ và di chuyển nhiên liệu cho động cơ tên lửa.

Các nhà nghiên cứu đã phát triển một túi đựng nhiên liệu bằng nhựa gấp, lấy cảm hứng từ origami, không bị nứt vỡ ở nhiệt độ siêu lạnh và một ngày nào đó có thể được sử dụng để lưu trữ và bơm nhiên liệu. Được dẫn dắt bởi nghiên cứu sinh Kjell Westra và Jake Leachman, phó giáo sư tại Trường Kỹ thuật Cơ khí và Vật liệu, các nhà nghiên cứu đã xuất bản công trình của họ trên tạp chí Cryogenics .

Thách thức về quản lý nhiên liệu là một yếu tố hạn chế quan trọng trong du hành vũ trụ, phần lớn hạn chế du hành vũ trụ đối với các chuyến đi ngắn hơn đối với một lượng lớn hàng hóa hoặc đến các vệ tinh nhỏ cho các sứ mệnh dài ngày. Trong những ngày đầu của chương trình vũ trụ Hoa Kỳ vào những năm 1960 và 1970, các nhà nghiên cứu đã cố gắng phát triển những quả bóng bay tròn để chứa và bơm nhiên liệu hydro lỏng. Họ đã thất bại. Mọi bàng quang sẽ vỡ hoặc rò rỉ khi họ cố gắng ép nó ở nhiệt độ rất lạnh cần thiết cho nhiên liệu lỏng. Các thiết kế đẹp nhất chỉ kéo dài năm chu kỳ.

Các nhà nghiên cứu đã từ bỏ nỗ lực và thay vào đó là dựa vào các thiết bị quản lý thuốc phóng kém lý tưởng hơn. Các hệ thống hiện tại sử dụng các tấm kim loại và nguyên lý căng bề mặt để quản lý nhiên liệu lỏng, nhưng các hệ thống này hoạt động chậm và chỉ có thể phân phối nhiên liệu với số lượng nhỏ, do đó kích thước của thùng nhiên liệu và nhiệm vụ bị hạn chế.

Leachman nói: “Nhiều người đã cố gắng làm túi đựng nhiên liệu tên lửa trong một thời gian dài. “Chúng tôi hiện không thực hiện các chuyến đi dài ngày vì chúng tôi không thể lưu trữ nhiên liệu đủ lâu trong không gian.”

Thông qua một cuộc tìm kiếm tài liệu, Westra đã tìm ra một tờ giấy trong đó các nhà nghiên cứu đã phát triển một số ống thổi dựa trên origami. Các nhà nghiên cứu bắt đầu nghiên cứu origami vào những năm 1980 và 1990 với ý tưởng tận dụng các hình dạng phức tạp và hành vi cơ học thú vị của nó. Các nếp gấp origami trải đều áp lực lên vật liệu, khiến nó ít có khả năng bị rách hơn. Sử dụng một tấm nhựa Mylar mỏng, Westra và các cộng sự trong phòng thí nghiệm Hydrogen Properties for Energy Research đã quyết định áp dụng thiết kế mà ông đã thấy để phát triển một bình nhiên liệu.

“Các giải pháp tốt nhất là những giải pháp đã được tạo sẵn và sau đó bạn có thể chuyển sang những gì bạn đang làm”, Westra nói.

Chưa bao giờ thử gấp giấy origami trước đây, anh ấy cho biết đã mất vài giờ thử và vài giờ xem video trên Youtube để tìm ra cách gấp ống thổi. Sau khi gấp nó lại, anh ấy đã thử nghiệm nó trong nitơ lỏng ở khoảng 77 độ Kelvin. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng bàng quang có thể bị bóp ít nhất 100 lần mà không bị vỡ hoặc rò rỉ trong điều kiện lạnh. Kể từ đó, họ đã chứng minh ống thổi rất nhiều lần, và nó vẫn không có lỗ hổng.

Leachman nói thêm: “Chúng tôi nghĩ rằng chúng tôi đã giải quyết được một vấn đề then chốt đang kìm hãm mọi người. “Chúng tôi rất vui vì điều đó.”

Các nhà nghiên cứu hiện đang bắt đầu tiến hành thử nghiệm nghiêm ngặt hơn. Họ dự định làm thử nghiệm với hydro lỏng, đánh giá mức độ họ có thể lưu trữ và thải nhiên liệu ra ngoài và so sánh tốc độ dòng chảy của bàng quang với các hệ thống hiện tại. Westra gần đây đã nhận được học bổng tốt nghiệp của NASA để tiếp tục dự án.

Thành công của Kjell là một ví dụ hoàn hảo về những sinh viên WSU tuyệt vời đang nghiên cứu những gì bên ngoài và sau đó đến đúng nơi vào đúng thời điểm để biến nó thành hiện thực.

Nguồn truyện:

Tài liệu do Đại học Bang Washington cung cấp . Bản gốc do Tina Hilding viết. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về kiểu dáng và độ dài.

Tham khảo Tạp chí :

1. Kjell Westra, Francis Dunne, Stasia Kulsa, Mathew Hunt, Jacob Leachman. Các ống treo Origami Polymer tuân thủ trong Cryogenics . Cryogenics , 2020; 103226 DOI: 10.1016 / j.cryogenics.2020.103226