Genoeg gekookt in de ruimte, tijd om alles doorheen te schudden en schuim te maken! Het einde van de ene missie markeert het begin van een nieuwe voor het Belgische space operations centrum B.USOC. Op 6 maart zal de Amerikaanse astronaute Jessica Meir experimenten vervangen binnen het Fluid Science Laboratory (FSL)-rack in de Europese module aan boord van het Internationaal Ruimtestation (ISS). FSL is ontworpen voor experimenten met betrekking tot de studie van vloeistoffen in de ruimte en wordt beheerd door het Belgische controlecentrum in Ukkel (Brussel): het B.USOC (Belgian User Support and Operations Center).
B.USOC-operatoren hebben zes maanden lang vloeistoffen gekookt aan boord van het ISS om onze kennis over het kookproces te verbeteren en zullen vanaf nu de evolutie van schuim in microzwaartekracht bestuderen. De complexe handelingen die de bemanning aan boord zal uitvoeren om de twee experimenten te verwisselen, zal ongeveer 4 uur duren en zal live worden gestreamd en becommentarieerd op het B.USOC YouTube kanaal. U kunt het B.USOC ook volgen op Twitter.
Sinds 2016 voert het B.USOC het ene vloeistoffysica-experiment na het andere uit om het gebruik van het FSL-rack te maximaliseren:
- Geoflow 2C: Simulatie van Geofysische Vloeistofstroming in microzwaartekracht (ter ondersteuning van het Spaanse controlecentrum, E.USOC, in Madrid)
- CompGran bestudeerde de dynamiek van korrelig materiaal
- RUBI bestudeerde het kookproces
- FOAM-C zal de evolutie van nat schuim bestuderen
B.USOC
Het Belgian User Support and Operations Centre (B.USOC) is namens de Europese Ruimtevaartorganisatie (ESA) verantwoordelijk voor de implementatie van Europese ladingen aan boord van het Internationaal Ruimtestation (ISS). Het fungeert als de schakel tussen de wetenschappers en de ISS-omgeving, en is verantwoordelijk voor de voorbereiding en de uitvoering van de operaties van deze experimenten. B.USOC-operatoren staan in contact met andere grondcontrolestations in heel Europa om ervoor te zorgen dat deze experimenten worden uitgevoerd zoals verwacht en volgens de behoeften van de wetenschappers. De experimenten beginnen met een ‘commissioning’-fase die een 24/7 beschikbaarheid op console vereist om een functionele checkout uit te voeren. Later in de missie kan dit worden gereduceerd. B.USOC is sinds de lancering van de Columbus-module in 2008 verantwoordelijk geweest voor een vrij uitgebreide lijst van nuttige ladingen: de externe platforms SOLAR en ASIM, het PCDF-experiment, het roboticaproject METERON en het Fluid Science Laboratory dat plaats biedt aan een groot aantal experimenten. De laatste daarvan was RUBI (Reference mUlticale Boiling Investigation), dat binnenkort wordt vervangen door FAOM-C (Foam Coarsening).
RUBI
Het belangrijkste doel van het RUBI-experiment was het uitbreiden van onze kennis over het kookproces binnenin een vloeistof. In je dagelijkse keuken op aarde speelt de zwaartekracht een belangrijke rol in dit proces door het drijfvermogen van de gecreëerde bubbels. Daarom is de microzwaartekrachtomgeving van het ISS ideaal om de fundamentele fysica te bestuderen, die anders verborgen zou blijven door de zwaartekrachteffecten. Het hoofdbestanddeel van RUBI is de vloeistofcel, die omringd wordt door verhitters waarmee temperaturen kunnen bereikt worden die dicht tegen het kookpunt aan liggen. Het kookproces wordt nauwkeurig gecontroleerd en opgevolgd door instrumenten zoals o.a. de ‘Substrate Heater’ met een nucleatieplaats waar het kookproces geïnitieerd wordt door een laser, een hoge snelheids-zwart-wit-camera, en een hoge snelheids-infraroodcamera, om beelden van de gegenereerde bubbels vast te leggen. Een elektrode in de vloeistofcel geeft de wetenschappers de mogelijkheid om de effecten van een elektrisch veld op de bubbels waar te nemen, een pomp kan een stroom produceren om te bestuderen hoe de bubbels hierdoor kunnen worden meegesleept, en nauwkeurige temperatuursensoren zijn in staat om door de bubbels te prikken, zoals een naald. Met RUBI werden om en bij de 1700 wetenschappelijke ‘runs’ uitgevoerd, die meer dan 4,7 TB aan gegevens opleverden die door wetenschappers worden geanalyseerd. Naast de telemetrische waarden van elke wetenschappelijke run, is het grootste deel van deze gegevens afkomstig van de twee camera's die het kookproces monitoren. De onmiddellijke toegang tot de gedownlinkte beelden (vanuit de ruimte naar de grond gestuurd) om de voortgang en het succes van elke run te beoordelen, levert de prachtigste beelden van bubbels in microzwaartekracht op en zorgt voor dat extra vleugje vreugde voor de operator op de console. Om de wetenschappers in staat te stellen om met zulke grote hoeveelheid gegevens om te gaan, was automatisering absoluut noodzakelijk om waardevolle gegevens te extraheren en te verwerken.
FOAM-C
Begin maart 2020 start het volgende FSL-experiment, FOAM-C, te beginnen met een commissioning-fase waarin de operator 24 uur per dag en 7 dagen per week aan de console staat om alle subsystemen van het experiment uitgebreid te testen alvorens verder te gaan met de wetenschappelijke runs. FOAM-C zal de evolutie van zogenaamde ‘natte’ schuimen bestuderen, die niet op de grond kunnen worden bestudeerd. Op aarde zakt het vloeibaar gedeelte van het schuim, onder invloed van de zwaartekracht, snel af naar de bodem, waardoor er een ‘droog’ schuim achterblijft. Hierdoor is de fysica van ‘natte’ schuimen slecht gekend. De microzwaartekrachtomgeving op het Internationaal Ruimtestation maakt het mogelijk om deze ‘natte’ schuimen te bestuderen zonder het maskerende effect van de zwaartekracht. FOAM-C bestaat uit 23 stalen met verschillende vloeibare fracties en vloeistofsamenstellingen. Binnen elk van deze staaltjes zal schuim worden gegenereerd met behulp van een zuiger aangedreven door een magnetisch veld. De evolutie van het resulterende schuim zal tot 24 uur lang worden geobserveerd. Dit zal meerdere malen per staal herhaald worden. Een zwart-wit-camera en verschillende sensoren die het laserlicht opvangen dat doorheen het schuim is verstrooid, zullen worden gebruikt om informatie te verkrijgen over de grootte en de dynamica van de gasbellen in het schuim.
Belgische bijdrage
De Belgische bijdrage gaat verder dan enkel de voorbereiding en de uitvoering van de operaties van deze experimenten in de ruimte:
- FOAM-C: Universiteit van Luik maakt deel uit van het onderzoeksteam (Group for Research and Applications in Statistical Physics, GRASP, ULg, N. Vandewalle, H. Caps) Lambda-X in Nijvel nam deel aan de optische ontwikkeling.
- RUBI: De 'Université Libre de Bruxelles' maakt deel uit van het onderzoeksteam (ULB - Transfers Interfaces and Processes, Prof. P. Colinet).
- FSL: Space Applications Services in Zaventem ontwikkelde de nieuwe Video Management Unit van FSL.
Bron: Koninklijk Belgisch Instituut voor Ruimte-Aeronomie (BIRA)
