La prossima missione di rifornimento (CRS-18) che verrà lanciata da Cape Canaveral, in Florida, invierà uno speciale “motore a vapore” sulla Stazione Spaziale Internazionale (International Space Station – ISS). RUBI (Reference mUltiscale Boiling Investigation), un esperimento di meccanica dei fluidi progettato e realizzato da Airbus per l’Agenzia spaziale europea (ESA), studia i principi fondamentali dell’ebollizione dei fluidi. L’astronauta dell’ESA Luca Parmitano installerà RUBI nel modulo Columbus della ISS durante i cinque mesi della sua missione “Beyond” (da luglio a dicembre 2019). L’esperimento sarà quindi eseguito e monitorato dal B-USOC (Belgian User Support and Operation Centre), a Bruxelles.
RUBI studierà i fenomeni di transizione di fase e il trasferimento di calore durante l’evaporazione dei fluidi su scala microscopica e macroscopica. L’elemento chiave di RUBI è una cella riempita con un fluido, che può essere riscaldata e raffreddata termoelettricamente. Il processo di ebollizione viene quindi attivato utilizzando un laser su un riscaldatore di vetro rivestito di metallo. Le telecamere ad alta risoluzione registrano la formazione e lo sviluppo di bolle di vapore sia nello spettro visibile che nell’infrarosso. Scattando fino a 500 immagini al secondo, le telecamere RUBI sono in grado di creare una rappresentazione tridimensionale della forma delle bolle e di analizzare la distribuzione termica sul riscaldatore, consentendo agli scienziati di determinare con precisione le condizioni di evaporazione e le densità del flusso di calore. Il processo di ebollizione può essere influenzato in modo sistematico utilizzando un elettrodo ad alta tensione (fino a 15.000 volt) e un circuito convettivo regolabile.
Sulla Terra, a causa della forza di gravità, si formano soltanto piccole bolle che si staccano rapidamente dalla superficie riscaldata, mascherando altri effetti fisici. Gli scienziati vogliono ottimizzare i loro modelli numerici del processo di ebollizione attraverso una serie di test condotti in assenza di gravità e corrispondenti ai test di riferimento sulla Terra. In futuro, tali test potrebbero contribuire alla produzione di elettrodomestici (quali stufe e radiatori) e scambiatori di calore, creando processi di produzione industriale più efficienti ed ecologici.
Una delle principali sfide affrontate dal team industriale guidato da Airbus è stata quella di ridurre RUBI alle dimensioni di una “scatola da scarpe” (40 x 28 x 27 cm) del peso di soli 34 kg, in modo che potesse essere utilizzata nello spazio. In confronto, un laboratorio installato sulla Terra avrebbe una dimensione simile a quella di un armadio (2 x 1 x 1 m), per un peso di circa 300 kg.
