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Cuando vaya a beber un vaso de agua obsérvelo con detenimiento: Primero
haga giros para que se hagan remolinos, muévalo suavemente hacia
adelante y hacia atrás como si la fuera a derramar. Golpee levemente el
vaso contra la mesa y observe los patrones que se forman en la
superficie.
Ahora imagine hacer el mismo ejercicio, pero bajo gravedad cero. ¿Las
olas pequeñas se verían igual? ¿El líquido se derramaría más, o menos?
¿Más rápidamente o más lentamente?
Para los ingenieros de la NASA conocer el comportamiento de los líquidos
en tales condiciones es muy importante:
Su interés no se centra en el vaso con agua, sino en los tanques de
combustible. Los cohetes más poderosos de la NASA utilizan combustible
líquido y, cuando estos cohetes despegan, los propelentes se derraman.
Los científicos tienen una idea de cómo se derraman los líquidos en la
gravedad normal de la Tierra, donde el peso y la viscosidad del líquido
dominan su dinámica. Pero en el espacio profundo es diferente. Los
propelentes sin peso están guiados por la tensión de la superficie y los
efectos capilares. Lejos de la Tierra, podrían derramarse y formar
espuma de maneras inesperadas.
“Los modernos modelos creados por computadora intentan predecir la
manera en la cual los líquidos se mueven dentro de un tanque de
combustible”, dice Brandon Marsell, del Fluid Group (un grupo que
investiga los líquidos), de la NASA, en el Centro Espacial Kennedy. “La
mayoría de los modelos que tenemos fueron validados bajo condiciones de
1 g en la Tierra. Ninguno de ellos ha sido validado en microgravedad”.
Entremos al experimento denominado: SPHERES-Slosh.
“La Estación Espacial Internacional brinda el ambiente perfecto para
llevar a cabo estudios sobre el comportamiento de los líquidos en
microgravedad”, señaló el investigador principal Paul Schallhorn,
también del centro Kennedy. “Así que hemos diseñado un experimento que
simula la manera en la cual los combustibles de los cohetes se mueven en
el interior de los tanques”.
Construido por el profesor Dan Kirk y algunos colegas en el Instituto de
Tecnología de Florida, SPHERES-Slosh es, principalmente, una cámara de
líquidos que está sostenida por un par de robots del tamaño de una
pelota de bowling. Los dos SPHERES (que son un producto del Laboratorio
de Sistemas Espaciales en el MIT) ya estaban colocados a bordo de la
estación espacial cuando llegó la cámara Slosh, en febrero de 2014.
Juntos, los robots mueven la cámara hacia adelante y hacia atrás para
imitar las maniobras frecuentes de la nave espacial, como la “BBQ roll”,
los ajustes de actitud y el apagado de los motores.
En el año 2014, astronautas supervisaron a los robots cuando hicieron
tres pruebas de funcionamiento usando cámaras con líquidos a las que
habían llenado un 20% y un 40%; lo que es muy parecido a un tanque de
combustible cuyo contenido se ha gastado parcialmente.
“Usamos agua mezclada con un poco de colorante para alimentos de color
verde”, dice Schallhorn.
¿Por qué agua? “Por un lado, es un líquido seguro para la estación
espacial. El agua se encuentra mencionada en la lista de líquidos
aprobados para enviar a la estación”, explica. “Además, su viscosidad es
similar a la de la hidracina, un propelente que se usa para los
satélites; y su densidad es parecida a la del oxígeno líquido, que es un
importante propelente criogénico”.
Durante los experimentos, que pueden durar hasta seis horas, las
cámaras, los giroscopios y los acelerómetros registran los movimientos
del agua.
“Estamos obteniendo valiosos datos”, dice Marsell. “Hasta ahora”,
agrega, “nuestros modelos realizados por computadora, en la Tierra, han
hecho un buen trabajo en la predicción de los movimientos de la ola
dentro de la cámara”.
Pero… hay un misterio.
“Tiene que ver con las burbujas”, dice Schallhorn. “La manera en la cual
se forman las burbujas y en la cual interaccionan dentro de la cámara es
sorprendente; y los modelos no la predicen. Lo que vimos en los datos
nos tomó desprevenidos”.
La formación de burbujas relativamente estables al agitar líquidos es
una investigación de vanguardia en el área de la dinámica de líquidos, y
SPHERES-Slosh está demostrando que puede llegar a ser muy importante.
Jacob Roth, del Fluids Group, en el KSC, agrega: “Esto es algo que
planeamos investigar más. ¿Quién sabe? Simplemente podría sacudir todo
lo que sabemos sobre los líquidos en el espacio”.
Fuente: NASA
science.nasa.gov
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