Det er overraskende vanskeligt at drikke kaffe i rummet.
Højt over vores planet inden for satellitter og rumstationer gælder de velkendte regler for Jorden ikke. Middagshimmlen er så sort som natten. Der er ingen op og ingen ned. Faldne genstande falder ikke, og varm luft stiger ikke.
Af alle de underlige ting, der sker der oppe, er det dog muligt, at det underligste sker med kaffe.
Fysiksprofessor Mark Weislogel fra Portland State University har tænkt meget på kaffe (og andre væsker) i rummet, og han beskriver, hvad der sker:
”Til at begynde med,” siger han, ”ville det være en opgave bare at få kaffen i koppen. Fravær tyngdekraften, hældning af væsker kan være meget vanskelig. ”
”Men for argumentets skyld, lad os antage, at du er på rumstationen og har en kop kaffe i hånden.” Det mest naturlige ville være at vippe koppen mod dine læber, men når du gør det ...
”Kaffe ville være meget svært at kontrollere,” fortsætter han. ”Faktisk ville det sandsynligvis ikke gøre det. Du bliver nødt til at ryste koppen mod dit ansigt og håbe, at noget af den varme væske bryder løs og flyder mod din mund. ”
På den lyse side vil du sandsynligvis være vågen, når koppen er tom.
Don Pettit drikker fra en nul-G kaffekop. Billedkredit: NASA
Kaffe er ikke den eneste væske, der ikke opfører sig i rummet. Kryogene brændstoffer, termiske kølevæsker, drikkevand og urin gør det også. Opførsel af væsker er en af de mest uintuitive ting i hele rumflugt.
Dette udgør en ekstrem udfordring for ingeniører, der designer rumfartøjssystemer, der bruger væsker. ”Vores intuition er alt forkert,” beklager Weislogel. ”Når det kommer til at gætte, hvad væsker vil gøre i nye systemer, er vi ofte i mørke.”
For at udvikle en bedre forståelse af væsker i mikrogravitet gennemfører Weislogel og kolleger Capillary Flow Experiment ombord på den internationale rumstation. For eksempel ser en af enhederne i deres eksperiment-pakke på “indre hjørner.” Hvis to faste overflader mødes i en vinkel, der er tilstrækkelig smal, flyder naturligvis væsker i mikrogravitet langs sammenføjningen - ingen pumpning kræves. Denne kapillærvirkning kunne bruges til at lede alle slags væsker gennem rumfartøjer, fra kryogent brændstof til genanvendt spildevand. Fænomenet er vanskeligt at studere på Jorden, hvor det dæmpes af tyngdekraften, men alligevel på rumstationen er store hjørnestrømme let at skabe og observere.
Weislogel og kolleger er allerede blevet tildelt tre patenter for enheder, der er opfundet som et resultat af deres arbejde. Den ene er til en mikrogravitetskondenserende varmeveksler. En anden beskriver en enhed, der adskiller og kontrollerer flerfase-væsker. Det tredje patent er for - du gætte det - en kaffekop med lav tyngdekraft.
Astronaut Don Pettit, der arbejdede med Capillary Flow Experiment i sin tid ombord på ISS, hjalp med at opfinde cupen, og han deler patentet sammen med Weisogel og to matematikere, Paul Concus og Robert Finns, der udførte den første teoretiske analyse af fænomen.
Grundlæggende har den ene side af koppen et skarpt indre hjørne. I mikrogravitetsmiljøet i rumstationen tvinger kapillær væske til at strømme langs kanalen lige ind i læberne på drinkeren.
"Når du sutter, kommer der stadig mere væske, og du kan nyde din kaffe i et vægtløst miljø - helt ned til sidste dråbe," siger Pettit. ”Det kan godt være, hvad fremtidige rumskolonister bruger, når de vil have en fejring.” I patentansøgningen nævnes faktisk ”ristning” som en af anvendelsen af enheden.
Det er nemt at forestille sig, hvad de kan skåle: toiletter og klimaanlæg, brændstoftanke og genbrugssystemer, der fungerer bedre takket være kapillærstrømningseksperimenter på ISS.
Via NASA