Şafak vaktindeki çiyden duştan sonraki sisli aynaya kadar yoğunlaşma, Dünya’daki günlük yaşamımızın bir parçasıdır. Uzayda, mikro yerçekimi, ısının gazlar ve sıvılar boyunca nasıl aktığını değiştirir; bu, zorlu ortamlarda soğuması gereken uzay aracı elektronikleri için potansiyel bir düşmandır.
İlk kez bir Avrupa deneyi, Uluslararası Uzay İstasyonunda soğutulmuş yüzeylerde sıvı filmlerin aldığı şekli inceliyor. Bilim adamlarının yoğunlaşmanın temel yönlerini daha iyi gözlemleyebilmeleri için yüzgeç şeklindeki bir metal mercek altına alındı.
Yüzgeçlerdeki Yoğuşma deneyi, film yoğunlaşması sırasında kılcal basıncın (sıvıları kağıt havluya tırmanan su gibi küçük boşluklardan çeken kuvvet) rolünü incelemek için yörüngedeki ısı transferi testlerine öncülük ediyor; üstelik yerçekimi buna engel olmuyor.
Bu, matematiksel modellerin iyileştirilmesine yönelik temel fizik araştırması olsa da, sonuçların akıllı telefonlar ve bilgisayarlardaki elektroniklerin soğutulması ve gezegenimizdeki endüstriyel kaplama işlemlerinin optimize edilmesi gibi pratik uygulamaları olacak.
Uzay görevleri ayrıca elektronik ve yaşam destek sistemlerini doğru sıcaklıkta tutmak için daha verimli ısı eşanjörlerinden de yararlanabilir.
Yüzgeç faktörü
Buzdolapları, klimalar ve radyatörler, sıvılar ve gazlar arasında daha verimli ısı transferi sağlamak için küçük metal kanatçıklar kullanır. Kanat şekli aynı zamanda uzay deneyleri için de kritik öneme sahiptir.
Bu deney için ESA proje bilimcisi Brice Saint-Michel, “Isı transferini en üst düzeye çıkarmak için en iyi kanat şeklini arıyoruz” diyor.
Alüminyum alaşımdan yapılmış 1 santimetre uzunluğundaki kanatçık, yavaş yavaş düşük yüzey gerilimli soğutucuyla ıslanır; bu uçucu sıvı, çok az ısıyla buharlaşabilir veya yoğunlaşabilir. Sıvı, sünger benzeri bir malzeme ve bir pompanın onu çektiği yüzgecin dibinde akıyor ve su birikintileri oluşturuyor.
ESA’nın alçak Dünya yörüngesi yük ekibinden Balazs Toth şöyle açıklıyor: “Mikro yerçekimi koşulları, yerçekimi drenajı ve buhar konveksiyonundan etkilenmeden büyük bir kanatçık kullanmamıza olanak tanıyor. Böylece sıvı filmlerin farklı bir şekil alıp almadığını görmek çok daha kolay oluyor.”
Sakin ol ve devam et
Dünya’da sıvı yüzgecin dibinde birikirken, mikro yerçekiminde sıvı yüzgecin tüm yüzeyinde birikir.
Belçika’daki Libre de Bruxelles Üniversitesi Uzay Teknolojileri Araştırma ve Mühendislik Merkezi’nden (CREST) Andrey Glushchuk, “Sıvı, Dünya’daki ısı transferinde yaşananlardan farklı olarak, güvenli bir yer olarak soğuk yüzeylere çekiliyor gibi görünüyor” diyor.
“Yer standartlarıyla tasarlanan herhangi bir termal sistem mikro yerçekiminde çalışmaz. Yeni konseptleri akılda tutarak yeni tasarımlar yaratmamız gerekiyor” diye ekliyor.
Her iki taraftaki iki sivri parmak, kalibrasyon için referans nesneleri olarak deneyin bir parçasıdır. Termal olarak stabil nikel-demir alaşımından yapılmıştır. Her çalışma sırasında yoğunlaşan sıvı, kanadın dibindeki sünger benzeri bir malzeme tarafından sürekli olarak çekilir, pompalanır ve kapalı bir döngü içinde yeniden buharlaştırılır.
Yüksek hassasiyetli bir interferometre, kanatçığın etrafındaki sıcaklık ve buhar konsantrasyonu değişikliklerini kaydeder ve sıvı film kalınlığını takip eder.
Yüksekten uçan teorik modeller
Isı transferi ile ilgili benzer deneyler, son yirmi yıldır parabolik uçuş kampanyaları sırasında kısa süreli mikro yer çekimi patlamalarının keyfini çıkarıyor. Bu uçuşlardan elde edilen bilgiler, bilim ekibinin sıvı film dağılımını tam olarak ölçecek bir teknik geliştirmesine yardımcı oldu.
Glushchuk, “Uluslararası Uzay İstasyonunun sabit mikro yerçekimi koşullarına ihtiyacımız vardı; ölçümlerimizde bu seviyedeki kararlılığı, doğruluğu ve yüksek çözünürlüğü başka hiçbir yerde elde edemezdik” diyor.
Bilim topluluğu, sıvı film kalınlığı dağılımına bağlı olarak yoğuşma oranlarının nasıl gelişeceğini tahmin etmek için çeşitli teorik modellerle çalışmaktadır. Université Libre de Bruxelles’deki CREST başkanı Carlo Saverio Iorio, “Herkes için geçerli bir formül istiyoruz ve bu, onu birleştirmek için ilk kez zengin bir veriye sahip olduk” diye ekliyor.
Isı transferi için yeni alan tesisi
Yüzgeçlerde Yoğuşma deneyi, gazlarda ve sıvılarda ısı transferine ilişkin daha geniş bir test turunun bir parçasıdır.
Her şey, Uluslararası Uzay İstasyonuna 23. Northrop Grumman kargo ikmal görevinde teslimatının ardından 30 Eylül 2025’te kurulan yeni Heat Transfer Host 2 tesisinde gerçekleşiyor. Bu bel yüksekliğindeki modül, uzay istasyonundaki Avrupa Columbus laboratuvarının en son yükseltmesi olarak Avrupa Çekmece Rafı-2’nin içinde yer alıyor.
Tesis kusursuz bir şekilde çalışıyor ve tasarımı, deneylerin otomatik olarak yerleştirilmesine ve çalıştırılmasına olanak tanıyor. Bu ilk yoğunlaşma çalışmasının ardından kampanya, sıvı filmlerin buharlaşmasındaki kararsızlıklara odaklanan filmlerde Marangoni deneyiyle devam edecek.
