研究人员使用折纸来解决太空旅行挑战

时间：2022-06-01 10:44:21来源：

华盛顿州立大学的研究人员利用日本古老的折纸艺术可能解决了外太空旅行的一个关键挑战——如何为火箭发动机储存和移动燃料。

研究人员开发了一种受折纸启发的折叠塑料燃料囊，它在超冷温度下不会破裂，有朝一日可用于储存和泵送燃料。在研究生 Kjell Westra 和机械与材料工程学院副教授 Jake Leachman 的带领下，研究人员在Cryogenics杂志上发表了他们的研究成果。

燃料管理的挑战一直是太空旅行的一个重要限制因素，很大程度上限制了太空旅行的大量货物的短途旅行或长期任务的小型卫星。在 1960 年代和 1970 年代美国太空计划的早期，研究人员试图开发圆形气球来储存和泵送液态氢燃料。他们失败了。当他们试图在液体燃料所需的非常冷的温度下挤压它时，每个气囊都会破碎或泄漏。最热心的设计只持续了五个周期。

研究人员放弃了努力，转而依赖不太理想的推进剂管理设备。目前的系统使用金属板和表面张力原理来管理液体燃料，但系统速度慢，只能滴出少量燃料，因此燃料箱和任务的大小受到限制。

“长期以来，人们一直在尝试为火箭燃料制造袋子，”利奇曼说。“我们目前不进行大型、长时间的旅行，因为我们无法在太空中储存足够长的燃料。”

通过文献检索，韦斯特拉发现了一篇论文，其中研究人员开发了一些基于折纸的波纹管。研究人员在 1980 年代和 1990 年代开始研究折纸，其想法是利用其复杂的形状和有趣的机械行为。折纸折叠在材料上分散了应力，使其不太可能撕裂。使用薄的聚酯薄膜塑料板，Westra 和氢能研究实验室的合作者决定应用他看到的设计来开发燃料囊。

“最好的解决方案是那些已经准备好的，然后你可以转移到你正在做的事情上，”韦斯特拉说。

他以前从未尝试过折纸，他说花了几次尝试和几个小时的 Youtube 视频来弄清楚如何折叠波纹管。折叠后，他在大约 77 开尔文的液氮中对其进行了测试。研究人员发现，在寒冷的条件下，膀胱可以被挤压至少 100 次而不会破裂或泄漏。从那以后，他们已经多次演示了波纹管，但它仍然没有孔。

“我们认为我们已经解决了一个让每个人都退缩的关键问题，”利奇曼说。“我们对此感到有点兴奋。”

研究人员现在开始进行更严格的测试。他们计划用液态氢进行测试，评估他们储存和排出燃料的能力，并将气囊的流速与当前系统进行比较。韦斯特拉最近获得了美国宇航局研究生奖学金以继续该项目。

“Kjell 的成功是伟大的 WSU 学生学习那里的东西，然后在正确的时间在正确的地方实现它的完美例子，”Leachman 说。

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