Лаборатория гидродинамики

Лаборатория гидродинамики — это европейская (ЕКА) научная полезная нагрузка , предназначенная для использования в Колумбусе, построенная Alenia Spazio , OHB-System и Verhaert Design and Development . ^{[ 1 ]} Это многопользовательский комплекс для проведения по физике жидкости исследований в условиях микрогравитации . Он может работать в полностью или полуавтоматическом режиме и управляться с борта МКС астронавтов или с земли в так называемом теленаучном режиме.

Основная цель проведения экспериментов по изучению жидкостей в космосе — изучение динамических явлений в отсутствие гравитационных сил. В условиях микрогравитации такие силы почти полностью устраняются, что значительно снижает гравитационную конвекцию , седиментацию и расслоение , а также статическое давление жидкости, что позволяет изучать гидродинамические эффекты, обычно маскируемые гравитацией. Эти эффекты включают контролируемую диффузией тепло- и массоперенос .

Отсутствие гравитационной конвекции исключает негативное влияние градиентов плотности (неоднородного распределения массы), возникающих в процессах, связанных с термической обработкой, фазовыми переходами, диффузионным транспортом или химическими реакциями. Конвекция в земных процессах является сильным возмущающим фактором, последствия которого редко можно предсказать с большой точностью и который доминирует в тепло- и массопереносе в жидкостях.

Способность точно контролировать такие процессы остается ограниченной, а их полное понимание требует дальнейших фундаментальных исследований путем проведения четко определенных модельных экспериментов для разработки и проверки соответствующих теорий в условиях микрогравитации. Это должно способствовать оптимизации производственных процессов здесь, на Земле, и улучшить качество дорогостоящих продуктов, таких как полупроводники .

Лаборатория гидродинамики полностью занимает одну стойку полезной нагрузки международного стандарта . Основной элемент установки состоит из модуля оптической диагностики и центрального экспериментального модуля , в которые экспериментальные контейнеры последовательно вставляются и эксплуатируются . Модуль оптической диагностики содержит оборудование для визуального и интерферометрического наблюдения, соответствующую управляющую электронику, а также точки крепления и интерфейсы для фронтальных камер . Центральный экспериментальный модуль разделен на две части:

Первая часть содержит конструкцию подвески для экспериментальных контейнеров , включая все функциональные интерфейсы и оптическое оборудование, и предназначена для извлечения из стойки для установки и удаления экспериментального контейнера .
Вторая часть содержит все диагностическое и осветительное оборудование, а также его управляющую электронику для управления и контроля электромеханических и оптико-механических компонентов . Базовый элемент объекта дополняется функциональными подсистемами распределения электроэнергии, кондиционирования окружающей среды, обработки и управления данными.

Эксперименты должны быть интегрированы в контейнер для экспериментов FSL (FSL EC). При типичной массе 25–30 кг (55–66 фунтов), максимальной массе 40 кг (88 фунтов) и стандартных размерах 400x270x280 мм (15,7x10,6x11,0 дюймов) EC обеспечивает достаточно места для размещения блок жидкостных ячеек, включая все необходимые стимулы процесса и специальную электронику.

Для наблюдения за экспериментами в Лабораторию гидрофизики входят:

Двухосное визуальное наблюдение с электронным отображением и резервным фотоснимком с помощью передних камер , которые обеспечивают высокоскоростную съемку вместе с высоким разрешением и цветной записью;
Фоновая, листовая и объемная подсветка белым светом и монохроматическими (лазерными) источниками света;
изображения частиц Измерение скорости , включая жидкокристаллические индикаторы для одновременной измерения скорости и термометрии;
Термографическое (инфракрасное) картирование свободных поверхностей жидкостей;
Интерферометрическое наблюдение по двум осям конвертируемыми интерферометрами с активной юстировкой:
- голографический интерферометр ;
- Волластон-интерферометр сдвига ;
- Шлирен-режим в сочетании с режимом сдвига;
- Электронный интерферометр спекл-структуры .

вспомогательное оборудование полета , такое как запасные части, специальные инструменты и расходные материалы (например, чистящие средства), передние камеры и оптические эталонные мишени Для поддержки экспериментов клиентов на борту также будет доступно для экспериментов и диагностической калибровки.

Недавно в Лаборатории гидродинамики был осуществлен ряд обновлений, отчасти связанных с новыми технологическими разработками. Наиболее примечательными среди них являются новый блок управления видео (VMU) и подсистема изоляции вибрации в условиях микрогравитации (MVIS), разработанные Канадским космическим агентством . Ученые могут активировать MVIS, чтобы изолировать (посредством магнитной левитации ) эксперимент и оптическую диагностику от возмущений g-джиттера космической станции . VMU уже предоставил замечательные хорошие научные данные во время недавней миссии CompGran, установленной Александром Герстом в июне 2018 года. Система MVIS впервые будет использоваться в предстоящей эталонной многомасштабной миссии по кипению, которая начнется в августе 2019 года.

FSL работает в соответствии с концепцией децентрализованной эксплуатации полезной нагрузки ESA. ( Ответственным за объект центром FRC) для FSL был MARS , расположенный в Неаполе , Италия , а сейчас это Бельгийский центр поддержки пользователей и операций BUSOC , расположенный в Брюсселе , Бельгия . ^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}

Галерея

Изображение НАСА: ISS016E031567 — Лаборатория гидродинамики, установленная в лаборатории Колумбуса. Изображение сделано во время 16-й экспедиции.
Экспериментальный контейнер, в котором будет проводиться эксперимент, вставляется в лабораторию гидродинамики для выполнения научного протокола.