Människor som designar rymdfarkoster måste prioritera två faktorer:att minska vikten och hantera extrema temperaturer.

Ett nytt experiment designat av Purdue Universitys ingenjörer tar upp båda problemen. Flow Boiling and Condensation Experiment (FBCE), som anlände till den internationella rymdstationen i torsdags (12 augusti), kommer snart att främja vetenskapen om värmeöverföring i mikrogravitation.

"Fordon som rymdfärjan använde enfaskylning, som cirkulerar vätska genom rör för att avlägsna värme från flygelektroniken, sa Issam Mudawar, familjen Betty Ruth och Milton B. Hollander professor i maskinteknik, och FBCE:s huvudutredare. "Men dessa system är komplexa och lägger mycket vikt till rymdfarkosten. Det vi har utforskat är att använda tvåfasflöde, vilket är mer effektivt och minskar storleken på kylmaskinen."

Tvåfasflöde hänvisar till två faser av materia - vätska och ånga - som sker under kokning och kondensation. I en process som kallas "flödeskokning, "en specialiserad vätska strömmar genom en värmekälla, vilket gör att vätskan kokar och skapar bubblor. Dessa ångbubblor strömmar förbi värmekällan, avvisa värmen, och sedan kondensera tillbaka till vätska, som ständigt återcirkulerar i ett slutet system.

Det är en mycket effektiv och välstuderad process, men en aspekt förblir okänd:är flödeskokning i rymden lika effektivt som flödeskokande på jorden?

För att hitta svaret, Mudawar bildade ett forskningssamarbete med NASA:s Glenn Research Center. Hans team designade och byggde ett experiment för att testa flödeskokning och kondensation i mikrogravitation, och 2012 skickade teamet det på "kräkkometen, "ett flygplan som simulerar perioder på 15-17 sekunder av mikrogravitation genom att flyga upp-och-ned-paraboler.

"Vi upptäckte att vid vissa flödeshastigheter, mikrogravitation minskade faktiskt mängden värmeflöde med upp till 50 %, " sade Mudawar.

I samarbete med kollegor vid Glenn Research Center, Mudawars team fortsatte att justera flera faktorer i processen, och under de närmaste åren, skickade experimentet flera gånger på parabolflyg med Zero Gravity Corporation (ZERO-G). Purdue-studenter var ombord för att använda utrustningen.

"Vårt mål har alltid varit att uppnå designspecifikationer för experimentet som faktiskt ska utföras i rymden, " sade Mudawar.

Forskarna fick sin önskan tidigare i år. Mudawar och hans kollegor vid Glenn Research Center hade arbetat på en mindre version av experimentet för att passa i ett specifikt ställ på den internationella rymdstationen. I mars, de bekräftade att denna nya experimentmodul, FBCE, hade klarat alla NASA:s säkerhets- och beredskapsrecensioner och var redo att sjösättas.

"Det här är ingen liten uppgift, ", sade Mudawar. "Varje enda strukturella element behöver vara optimerade för vikt och storlek. Varje enskild skruv måste utvärderas och certifieras. Det är faktiskt en bra förberedelse för att försöka göra framtida rymdfarkoster lättare, vilket är vad vi försöker åstadkomma!"

På tisdag, en Antares-raket uppskjuten från Mid-Atlantic Regional Spaceport på Wallops Island, Virginia. Ovanpå raketen fanns en Northrop-Grumman Cygnus rymdfarkost med 3, 000 pund av förnödenheter för astronauterna ombord på ISS, samt FBCE och tre andra vetenskapliga experiment. Cygnus dockade med ISS på torsdagen. Astronauter kommer snart att köra den vetenskapliga utrustningen genom operativa beredskapsgranskningar och, senare i år, kommer att börja genomföra experimentet.

"Detta är verkligen en milstolpe för Purdues rymdforskning, " sade Mudawar. "Jag har haft 14 Ph.D. studenter och en masterstudent har arbetat med mig i detta projekt under det senaste decenniet. Och att samarbeta med Glenn Research Center har varit ett perfekt partnerskap. Detta kommer att vara det största fasförändringsexperimentet som någonsin genomförts i rymden. Förhoppningsvis, det vi lär oss av detta experiment kan användas för att göra framtida rymdfarkoster mer effektiva, och gör det möjligt för oss att gå till månen, Mars och bortom."