Dirigidos por los estudiantes graduados Kjell Westra y Jake Leachman, profesor asociado de la Escuela de Ingeniería Mecánica y de Materiales, los investigadores han publicado su trabajo en la revista Cryogenics.
El desafío de la gestión de combustibles ha sido un importante factor limitante en los viajes espaciales, restringiendo en gran medida los viajes espaciales a viajes más cortos, para grandes cantidades de carga o satélites pequeños, para misiones de larga duración.
En los primeros días del programa espacial estadounidense, en las décadas de 1960 y 1970, los investigadores intentaron desarrollar globos redondos para almacenar y bombear hidrógeno líquido. Ellos fallaron.
Cada vejiga se rompía o goteaba al intentar comprimirlas a las temperaturas extremadamente frías requeridas para los combustibles líquidos. Los diseños más robustos sólo duraron cinco ciclos.
No es lo ideal
Los investigadores abandonaron el esfuerzo y en cambio llegaron a depender de dispositivos de gestión de propulsores menos ideales.
Los sistemas actuales utilizan placas de metal y el principio de tensión superficial para gestionar los combustibles líquidos, pero los sistemas son lentos y solo pueden gotear combustibles en pequeñas cantidades, por lo que el tamaño de los tanques de combustible y las misiones son limitados. Leachman dijo:
“Durante mucho tiempo la gente ha estado tratando de hacer sacos para combustible de cohetes. Actualmente no realizamos viajes grandes y de larga duración, porque en el espacio no podemos almacenar combustible el tiempo suficiente”.
A través de una búsqueda en literatura, Westra encontró un artículo en el que los investigadores desarrollaron algunos fuelles basados en origami.
En las décadas de 1980 y 1990, investigadores comenzaron a estudiar el origami con la idea de aprovechar sus formas complejas y su interesante comportamiento mecánico.
Pliegues
Los pliegues de origami extienden las tensiones sobre el material, por lo que es menos probable que se rompa. Utilizando una fina lámina de plástico Mylar, Westra y sus colaboradores del Hydrogen Properties for Energy Research, decidieron aplicar el diseño que vio, para desarrollar una vejiga de combustible. Westra dijo:
“Las mejores soluciones son las que ya están listas para usar y que luego puedes transferir a lo que estás trabajando”.
Como nunca antes había probado el origami, dijo que le tomó un par de intentos y unas horas con un video de YouTube, para descubrir cómo doblar el fuelle.
Una vez que lo dobló, lo probó en nitrógeno líquido a unos 77 grados Kelvin. Los investigadores encontraron que la vejiga se puede apretar al menos 100 veces sin romperse o gotear en condiciones de frío.
Desde entonces, han probado el fuelle en numerosas ocasiones y todavía no tiene agujeros. Leachman dijo:
“Pensamos que hemos resuelto un problema clave que nos frenaba a todos. Estamos entusiasmados por esto”.
Ahora, los investigadores están comenzando a realizar pruebas más rigurosas. Planean hacer pruebas con hidrógeno líquido, evaluar qué tan bien pueden almacenar y expulsar combustible y comparar las tasas de flujo de su vejiga, con los sistemas actuales.
Recientemente, Westra recibió una beca de posgrado de la NASA para continuar con el proyecto. Leachman dijo:
“El éxito de Kjell es un ejemplo perfecto de los grandes estudiantes de WSU, que estudian lo que hay ahí fuera y luego están en el lugar correcto, en el momento adecuado, para convertirlo en realidad”.
Proporcionado por: Washington State University [Nota: los materiales pueden editarse en cuanto a contenido y extensión].
Los investigadores han utilizado el origami, antiguo arte japonés de doblar papel, para probablemente resolver un desafío clave para los viajes al espacio exterior — cómo almacenar y transportar combustible a los motores de los cohetes.