Co jest tak fascynującego we wrzeniu cieczy w mikrograwitacji, że NASA poświęciła temu zagadnieniu aż pięć misji wahadłowców?
Jak wygląda gotowanie na Ziemi, wie każdy posiadacz garnka tudzież czajnika elektrycznego z szybką z boku. Wraz ze wzrostem temperatury, woda na styku z dnem naczynia zamienia się w parę wodną i ulatnia w postaci małych bąbelków do góry. Ciepła woda nad dnem jako lżejsza wędruje do góry, a chłodniejsza na dół, konwekcyjne ruchy przyspieszają ogrzewanie całej cieczy. Proste.
A jak wygląda gotowanie cieczy w kosmosie? Nikt tego nie wiedział z całkowitą pewnością. Zjawisko niby podstawowe, ale ciężko teoretycznie czy na podstawie równań matematycznych wyprowadzić wynik. Dopiero pierwsze wykonanie takiego eksperymentu na orbicie w roku 1992 dało wiarygodną odpowiedź. Eksperyment został opracowany przez inżynierów NASA oraz naukowców z Uniwersytetu z Michigan. Jako cieczy użyto freonu, który ma niższą temperaturę wrzenia niż woda.
Wyniki odbiegały od naszego ziemskiego doświadczenia. Brak grawitacji skutkował brakiem ruchów konwekcyjnych, więc podgrzewana ciecz zachowywała się podobnie jak byśmy podgrzewali ciało stałe. Ciecz przy płytce grzewczej robi się ciepła, po przeciwległej stronie jest chłodna i podgrzewa się dopiero w wyniku przewodnictwa samego materiału. W mikrograwitacji wydzielają się też bąbelki. Jest ich mniej, są większe i utrzymują się przy płytce grzewczej, a następnie łączą z jednym większym bąblem pary cieczy, który wędruje w objętości cieczy.
Eksperymenty z podgrzewaniem cieczy przeprowadzano do roku 1996, bo diabeł tkwi w szczegółach. Jak jest efektywność procesu, jak reagują różne ciecze, jakimi prawami rządzą się bąbelki pary. A wszystko to po to, by opracować lepsze systemy chłodzenia, przykładowo skafandry kosmiczne chłodzone są wodą, Międzynarodowa Stacja Kosmiczna chłodzona jest amoniakiem. Dzięki eksperymentom z wrzeniem na orbicie wiemy, że w warunkach niskiej grawitacji trzeba będzie nauczyć się ostrożniejszego picia herbaty, żeby nie połknąć gorącego bąbla pary. Wątpliwe też jest, czy zadziałają we właściwy sposób klasyczne maszyny parowe.
Źródło grafiki: nasa.gov