Funkenlose Schwerelosigkeit der Studenten-Ingenieure auf schwerelosem Wild Ride

HOUSTON - Schwerkraft, wir haben dich herausgefordert. Sieben Studententeams aus den Vereinigten Staaten entkamen der Erdanziehungskraft - wenn auch nur für wenige Sekunden - auf einem NASA-Mikrogravitationsflug, um zu sehen, wie sich Feuer, Flüssigkeiten und Magnete in Schwerelosigkeit verhalten.

Die Studenten flogen mit dem Microgravity University Programm der NASA am Freitag (19. Juli) an Bord einer Boeing 727 der Zero Gravity Corporation, die so modifiziert wurde, dass sie auf einem parabolischen Pfad bis zu 30 Sekunden Schwerelosigkeit, Mondgravitation oder Mardergravitation auf dem Abstieg folgte durch Zeiten der "Hypergravitation" (zweimal Erdanziehung) auf dem Weg zurück nach oben.

Ungefähr 34 Studenten, NASA-Spezialisten und Veteranen-Astronauten Mike Fossum und Cady Coleman flogen auf ZERO-Gs G-Force One Jet, der vom Ellington Field hier in der Nähe des NASA Johnson Space Center startete. Zu den Gruppen gehörte das UCSD Microgravity Team der University of California, San Diego, das ProfoundSpace.org beschattete, um zu zeigen, wie Studentenwissenschaft in Schwerelosigkeit durchgeführt wird, ohne die Erde zu verlassen. Den Schülern und Lehrern die Möglichkeit zu bieten, schwerelose Experimente durchzuführen, ist das Ziel des NASA-Flugprogramms zur Reduzierung der Schwerkraft. [Fotos: Zero-Gravity Science an der NASA-Universität für Mikrogravitation]

Winzige Brände + Schwerelosigkeit = Wissenschaft

Das UCSD-Team für Mikrogravitation, das von Sam Avery, dem Studenten der Luft- und Raumfahrttechnik, geleitet wurde, arbeitete fast neun Monate lang an einem dreistufigen Experiment, bei dem getestet wurde, wie Biokraftstoffbrände in der Mikrogravitation brennen. Das Ziel, sagte Avery, war zu lernen, wie groß ein Feuer ist, das ein einzelner Tropfen Biotreibstoff erzeugt, wenn er unter schwerelosen Bedingungen gezündet wird. Das Experiment wurde im Oktober 2012 für einen Schwerelosigkeitsflug der NASA akzeptiert. Seitdem arbeitet das Team daran, seine feuerbekämpfende Box zu entwerfen, zu finanzieren und dann zu bauen.

Während des Fluges am Freitag benutzte Avery einen Kontrollschalter, der mit Schaltern bedeckt war, um Befehle an die Maschinen innerhalb der Feuerkammer zu erteilen, um den Biosprittröpfchen zu entzünden. Ein Schalter bewegte eine Spritze in Position, die nächste sagte der Spritze, einen winzigen Tropfen Treibstoff auf eine Reihe von Fadenkreuz-ähnlichen Filamenten zu spritzen. Dann bewegte ein anderer Schalter den Zünder in Position und löste die Verbrennung aus. Die resultierende Schwerelosigkeitsflamme war ein plätscherndes Fleckchen reinen Feuers von der Größe eines kleinen Stücks harten Bonbons, das in eindringlichen rötlichen Orangetönen leuchtete.

"Ich denke, es sah fantastisch aus", sagte Avery zu ProfoundSpace.org. "Es war nur ein großer, sich verwandelnder Feuerball. Jedes Mal war es ein bisschen anders."

Zu wissen, wie sich kleine Biotreibstoffbrände in Schwerelosigkeit verhalten, könnte Ingenieuren dabei helfen, effizientere Biokraftstoffmotoren auf der Erde zu entwickeln und Gegenmaßnahmen für Astronauten im Weltraum besser zu bekämpfen. Avery und sein Team verwendeten am Freitag in ihrem schwerelosen Flug Ethylalkohol als Kraftstoffquelle. Das Team plante, Butylalkohol während eines zweiten Fluges möglichst auszuprobieren. [6 Alltägliche Dinge, die in Schwerelosigkeit seltsam werden]

Ein Geschmack der Schwerelosigkeit

Das UCSD-Team konnte in seinem Schwerelosigkeitsexperiment eine Erfolgsrate von fast 95 Prozent verzeichnen. Die NASA-Astronauten auf dem Flug, Fossum und Coleman, verbrachten einige Zeit damit, das UCSD-Feuerexperiment zu beobachten. Fossum sagte, dass es den Flammenexperimenten, die er während einer Langzeitmission auf der Internationalen Raumstation durchführte, bemerkenswert nahe gekommen sei.

Avery und sein Team hatten gehofft, diese Woche zwei Flüge fliegen zu können. Der erste Flug startete am Donnerstag. Aber schlechtes Wetter im Süden von Texas und im Golf von Mexiko verzögerte diesen ersten Flug bis Freitag Morgen.

Neben Avery flogen die Teamkollegen Jack Goodwin und Daneesha Kenyon an der Freitag-Schwerelosigkeits-Mission. Kenyon beobachtete das Experiment und zeichnete die Arbeit des Teams mit einer kleinen GoPro-Videokamera auf, während Goodwin die Schritte für Avery aufrief, um mit der Steuerbox und einem seitlich montierten Ventil die Flammendämpfe zu entlüften.

Wer kümmert sich um Raumkrankheit?

Zwischen den Experimenten genossen das UCSD-Team und andere Studenten Spaßparabeln und nutzten die Schwerelosigkeit, um Outreach-Experimente durchzuführen.

Meinerseits versuchte ich zu zeigen, wie man ein ProfoundSpace.org T-Shirt unter schwerelosen Bedingungen anzog und hoffte, einige Space-Shuttle-Spielzeuge zu schweben, aber mit nur 30 Sekunden Schwerelosigkeit war sogar das Entfalten des Shirts eine Herausforderung. Die Lektion: Denken Sie voraus, welche Aktion ausgeführt werden muss Vor der Beginn der Schwerelosigkeit, um diese kurze Zeit auszunutzen. Aber das Gefühl, allein zu schweben, schien bei allen Anwesenden Begeisterung hervorzurufen, krank oder nein. [Video: Astronaut Bloopers in Zero-G]

"Es ist eine Ganzkörpererfahrung", sagte Jack Goodwin in einem Flugzeuginterview mit einem Videoteam der NASA. "Ungefähr ein Drittel des Weges durch, es wurde natürlich ... du musst nicht mehr laufen."

Sowohl Avery als auch Goodwin beschlossen zunächst, auf eine Aufnahme von Scopolamin zu verzichten, einem von der NASA für alle Teilnehmer angebotenen Medikament gegen die Reisekrankheit. Letztendlich entschieden sie sich jedoch dafür, den Schuss für den Fall zu nehmen. Sie erging es extrem gut, schwebten und lachten während der seltenen Schwerelosigkeit, die sie nicht arbeiteten. Sie haben 2G Liegestütze im Aufschwung genommen.

Scopolamin, wir danken dir

Es stellte sich heraus, dass es eine gute Wahl war, den Schuss zu nehmen.

Ich habe fast alle 30 Schwerelosigkeitsparabeln ohne jegliche Reisekrankheit von der Schwerelosigkeit überstanden. Gegen Ende fühlte ich eine leichte Übelkeit und packte für die letzten beiden schwerelosen Zeiten eine kleine Plastiktüte aus, nur für den Fall. Glücklicherweise wurde ich nicht krank und konnte Goodwin und Avery bestaunen, als sie einen Mondschwerkraft-Tanz mit Coleman in einem Sechstel der Erdanziehungskraft und dann wieder unter einem Drittel Erdbeschleunigungs-Parabel imitiert, das die Bedingungen auf dem Mars nachahmt.

Kenyon schaffte es mittlerweile auch durch die meisten der schwerelosen Parabeln, musste aber ihre Plastiktüte benutzen. (Alle Flyer hielten sie in unseren Fluganzug-Brusttaschen, um sie in der Nähe zu halten). Sie entschied sich schließlich, auf einem der Plätze zu sitzen, die während des Starts und der Landung für den Rest der Reise benutzt wurden.

"Trotzdem würde ich 100 Prozent wieder gehen", sagte Kenyon. "Es war eine fantastische Erfahrung."

Nach einer Flugbesprechung sagten Coleman und Fossum den Flugschülern, dass sie von der Wissenschaft, die sie auf dem Flug gesehen hatten, beeindruckt waren. Aber auch etwas anderes fiel ihnen auf.

"Ich sah eine Menge Teamwork und Teammitglieder, die nicht nur ihre Experimente beobachteten, sondern auch aufeinander aufpassten", sagte Coleman. "Das hat wirklich Spaß gemacht."

Echte Studenten, echte Wissenschaft, echte Schwerelosigkeit

Der Freitagsflug startete um etwa 9:30 Uhr EDT (10:30 Uhr EDT / 1430 GMT) und dauerte etwa zwei Stunden. Avery, Goodwin und Kenyon flogen auf dem eigentlichen Flug, während fünf andere Teammitglieder auf dem Boden warteten. Der Rest des Teams in Ellington umfasste Andrew Beeler, Victor Hong, Joshua Siu, Joshua Sullivan, Nico Montoya und ihre NASA-Mentorin Christina Gallegos. Gallegos ist Elektroingenieur und arbeitet am Morpheus-Mondlanderprototyp im nahegelegenen Johnson Space Center der NASA. Andere Teammitglieder blieben in San Diego zurück.

Einige der verbleibenden Teammitglieder können am Samstag bei gutem Wetter fliegen, um mehr Daten zu sammeln. Beeler, der der Bodenmannschaft des Teams dient, um das Feuerexperiment für den Flug vorzubereiten, sagte, die Experimente vom Freitag hätten es geschafft, die Nadel zu verbrennen, die verwendet wurde, um das Biotreibstoff-Tröpfchen vor der Zündung auszuspritzen. [Feuer im Weltraum: Es ist nicht das, was du weißt]

"Wir haben das noch nie zuvor gesehen", sagte er zu ProfoundSpace.org, als er die verkohlte Spritzennadel zeigte. "Vielleicht werden wir sehen, wie es passiert ist, wenn wir durch das Video gehen."

Das UCSD Microgravity Team wurde von mehreren Sponsoren unterstützt, darunter der kanadische Biokraftstoffhersteller W2 Energy, der UCSD Jacobs School of Engineering, dem California Space Grant Consortium und dem LeDell Family Scholarship, sagte Avery. Insgesamt sammelte das Team mehr als 10.000 US-Dollar, um das Experiment zu finanzieren, und verbrachte mehr als 1.000 Arbeitsstunden, um den Flammenapparat nach den Spezifikationen der NASA zu bauen. Ihr Mentor an der UCSD für das Projekt war Ingenieur Professor Forman Williams.

Gallegos, der NASA-Ingenieur, der als Mentor des UCSD-Teams auf der NASA-Seite diente, sagte, es sei ihre Aufgabe, dafür zu sorgen, dass das Team die NASA-Vorschriften kennt und seine Flammenbox nach den entsprechenden Sicherheitsspezifikationen baut. Sie war geplant, um auf dem zweiten Flug des Teams zu fliegen, um das Experiment in Aktion zu beobachten.

Das UCSD Microgravity Team war nur eines von sieben Universitätsteams, die diese Woche von der NASA für Flüge der Microgravity University ausgewählt wurden. Sieben weitere Lehrerteams, die die Klassen K-12 repräsentierten, flog diese Woche auch mit NASA-Flügen mit dem Teach-from-Space-Programm der Agentur.

Die Experimente unter den anderen Universitätsteams waren vielfältig. Das UCSD-Team experimentierte mit zwei Arten von Biokraftstoffen, während ein Team der Purdue-Universität untersuchte, wie überschüssiges Wasser aus Brennstoffzellen entfernt werden kann, um die Stromversorgung von Satelliten und Raumfahrzeugen zu verbessern.

Ein anderes Team von der West Virginia University untersuchte die Wirksamkeit der Sprühkühlung auf einem beheizten Aluminiumstück, um zu erfahren, wie gut die Methode in Satelliten und Raumfahrzeugen funktioniert. Und noch ein anderes Team von der Universität von Texas, El Paso, testete, wie sich Mars und Mond verschmutzen, wenn sie mit Magnesium vermischt werden.

Sie können die vollständige Liste der Universitätsteams und ihre Experimentnamen für die NASA Microgravity University hier sehen:

  • Baldwin Wallace University / John Carroll Universität: Die Stabilität von flüssigen Brücken unter unterschiedlicher Ganzkörperkraft
  • Purdue University: Wasserentfernung in Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen
  • Rice University Elektromagnetische Positionserfassung in der Mikrogravitation
  • SUNY Buffalo: Mikrogravitätscharakterisierung von monolithischen zellelektrokinetischen Mikropumpen
  • Universität von Kalifornien San Diego: Fasergestützte Tröpfchenverbrennung von Bioethanol und Biobutanol
  • Universität von Texas, El Paso: Verbrennung von Lunar und Mars Regolith Simulanzien mit Magnesium
  • West Virginia University: Optimierung der Flüssigkeitssprühkühlung in einer variablen Schwerkraftumgebung.

Frank Prochaska, NASAs Student Campaign Manager für das Reduced Gravity Education Flight Programm, sagte, dass die Raumfahrtagentur seit rund 18 Jahren die Flüge für Schüler und Lehrer organisiert.

Die NASA flog ursprünglich Mikrogravitationstrainings und Forschungsflüge an Bord ihres KC-135 "Weightless Wonder" Flugzeugs, das auch als "Vomit Comet" bekannt war. Das Programm basiert auf dem Johnson Space Center mit Flügen aus Ellington Field. Im Jahr 2008 begann die NASA Schwerelosflüge an Bord der ZERO-G G-Force One zu kaufen. ZERO-G bietet seit 2004 Schwerelosflüge an.

Vor dem Flug drängte Prochaska die Collegestudenten-Teams, ihre Experimente sorgfältig durchzuführen, aber nicht die persönlichen Auswirkungen zu übersehen, wo sie sich befinden: in Schwerelosigkeit. Mehr Menschen sind auf den Gipfel des Mount Everest - dem höchsten Berg der Welt - geklettert, als in der Schwerelosigkeit zu schweben, sagte er.

"Das ist es, das ist der Höhepunkt Ihrer Parabel hier", sagte Prochaska. "Konzentriere dich nicht so auf deine Forschung, dass du vergisst, dich umzusehen."

Die nächsten Mikrogravitationsflüge der NASA sind für die nächste Woche zwischen dem 26. Juli und dem 3. August im Rahmen des Systems Engineering Education Discovery Programms (SEED) geplant. Die nächsten Flüge der Microgravity University werden im November starten, sagten Vertreter der NASA.

In der Zwischenzeit schwelgen Avery und seine UCSD-Teamkollegen an einem scheinbar erfolgreichen Experiment und einem unvergesslichen Erlebnis. Die Studenten werden ihre Daten zurück zur UCSD bringen, ihre Ergebnisse analysieren und sie dann in einem Abschlussbericht aufschreiben.

"Ich habe das Gefühl, dass dies eine dieser einmaligen Erfahrungen ist", sagte Avery.

Anmerkung der Redaktion: Besuchen Sie ProfoundSpace.org nächste Woche für weitere Fotos und Videos von der Schwerelosigkeit des UCSD Microgravity Teams. Auf der Website des Teams erfahren Sie mehr über das Feuerexperiment des UCSD-Mikrogravitationsteams.