La NASA está demostrando nuevas tecnologías de fluidos de microgravedad para permitir los métodos avanzados de agua de planta «sin partidas de movimiento» a bordo de la nave espacial.
La producción de cultivos en microgravedad será importante para proporcionar nutrición completa de alimentos, variedad dietética y beneficios psicológicos para los astronautas que exploran el espacio profundo. Desafortunadamente, incluso los métodos de riego de plantas terrestres más simples enfrentan desafíos significativos cuando se aplican a la nave espacial debido a burbujas deshonestas, gases ingeridos, gotas expulsadas y innumerables jets líquidos inestables, rivuletas y configuraciones de interfaz que surgen en entornos de microgravedad.
En la ingravidez del espacio, las burbujas no se elevan, y las gotas no caen, lo que resulta en una gran cantidad de desafíos de flujo de fluido sobrenaturales. Para abordar una dinámica tan compleja,»https://science.nasa.gov/science-research/science-enabling-technology/technology-highlights/how-do-you-water-plants-in-space/»> La NASA inició una serie de experimentos de gestión del agua vegetal (PWM) para probar la hidroponía capilar a bordo de la Estación Espacial Internacional en 2021. La serie de experimentos continúa hasta el día de hoy, abriendo la puerta no solo para soportar a nuestros astronautas en el espacio con la posibilidad de verduras frescas, sino también para abordar una serie de desafíos en el espacio, como la gestión de combustible líquido, la calefacción, la ventilación y el aire acondicionado (HVAC); e incluso la colección de orina.
El último hardware PWM («https://science.nasa.gov/biological-physical/investigations/pwm/»> PWM -5 y -6) involucra tres unidades de prueba, cada una que consiste en una bomba de velocidad variable, arnés de tubo, válvulas y jeringas variadas, y uno o dos canales hidropónicos paralelos. Esta última configuración permite que se pruebe una gama más amplia de parámetros: tasas de flujo EG, gas y líquido, niveles de relleno, configuraciones de entrada/salida, nuevos métodos de separación de burbujas, flujos seriales y paralelos, y nuevos tipos de raíces de plantas, números y órdenes.
La mayoría del equipo PWM enviado a la estación espacial consiste en materiales impresos en 3-D certificados por vuelo. La tripulación ensambla las diversas configuraciones del sistema en un banco de trabajo en la cabina abierta de la estación y luego ejecuta los experimentos, incluida la comunicación de rutina con el equipo de investigación de PWM en el terreno. Todos los datos cuantitativos se recopilan a través de una sola cámara de video de alta definición.
El hardware y los procedimientos de PWM están diseñados para probar incrementalmente las capacidades del sistema para hidropónicos y flujo y flujo, y para demostrar repetidamente cebado, drenaje, operación en serie/paralelo de canales, gestión de burbujas pasivas, límites de operación, estabilidad durante perturbaciones, inicio, cierre y myriaad Limpia de planta, saturación, flujo estable y pasos de remo planta.
Los resultados recientes de las demostraciones de tecnología PWM -5 y -6 a bordo de la estación espacial han avanzado significativamente la tecnología utilizada para el riego de plantas pasivas en el espacio. Estas demostraciones cuantitativas establecieron procesos hidropónicos y de riego de flujo y flujo como funciones de los niveles de relleno de canal en serie y paralelo, varios tipos de modelos de raíz vegetal de ingeniería y caudales de bomba, incluidos los flujos líquidos monofásicos y los flujos de dos fases líquidos-líquidos.
Los elementos de plomería PWM críticos realizan el papel de la separación pasiva de gas-líquido (es decir, la eliminación de burbujas del líquido y viceversa), que ocurre rutinariamente en la Tierra debido a los efectos gravitacionales. El hardware PWM -5 y -6 en efecto reemplaza el papel pasivo de la gravedad con los roles pasivos de la tensión superficial, la humectación y la geometría del sistema. Al hacerlo, actúan los dispositivos de plomería de «partidas sin movimiento» altamente confiables para restaurar el sentido ilusorio de arriba y hacia abajo en el espacio. Por ejemplo,
- Cientos de miles de burbujas oxigenantes generadas por un aireador pasivo están 100% separados por el separador de burbujas PWM que proporciona flujo líquido monofásico al canal hidropónico,
- El 100% del transporte de líquido inadvertido se captura en la trampa de agua pasiva, y
- Todas las burbujas que alcanzan el desviador de burbujas están dirigidas a la entrada superior del canal hidropónico, donde son conducidos cada vez más por la geometría del canal, confinadas por la primera raíz de la planta, y se unen dejando el flujo líquido como un tercer mecanismo, redundante y 100% pasivo de fase paratoria.
Los éxitos demostrados de PWM-5 y -6 ofrecen una variedad de soluciones listas para plantas y jugadas para riego de plantas efectivo en entornos de gravedad de baja y variable, a pesar de las desafiantes propiedades humectantes de las soluciones de nutrientes a base de agua utilizadas para las plantas de agua. Aunque PWM -5 y -6 demuestran una variedad de modelos de raíz, el desconocido restante es el papel que desempeñarán las plantas de crecimiento real en tales sistemas. Adquirir dicho conocimiento puede ser solo cuestión de tiempo.
Lidera del proyecto: Dr. Mark Weislogel, IRPI LLC
Organización patrocinadora: División de ciencias biológicas y físicas
