p Os líquidos não se comportam tão bem no espaço como na Terra. Dentro de uma espaçonave, a microgravidade permite que os líquidos espirrem e flutuem livremente. p Este comportamento tornou a quantidade de combustível nos satélites difícil de determinar, mas um novo medidor de combustível protótipo projetado no Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) poderia oferecer uma solução ideal. O medidor, descrito no Jornal de espaçonaves e foguetes , pode recriar digitalmente a forma 3-D de um fluido com base em suas propriedades elétricas. O projeto poderia fornecer aos operadores de satélite medições confiáveis ​​que ajudariam a prevenir a colisão de satélites e mantê-los operacionais por mais tempo.

p "Cada dia que um satélite fica em órbita representa provavelmente milhões de dólares de receita, "disse Nick Dagalakis, um engenheiro mecânico do NIST e co-autor do estudo. "Os operadores querem utilizar cada gota de combustível, mas não tanto para esvaziar o tanque. "

p Deixar o tanque de um satélite secar pode deixá-lo preso em sua órbita original sem combustível para evitar colidir com outros satélites e produzir nuvens de detritos perigosas.

p Para reduzir a probabilidade de colisão, operadores economizam as últimas gotas de combustível para ejetar satélites em uma órbita de cemitério, centenas de quilômetros de espaçonaves em funcionamento. Eles podem estar desperdiçando combustível no processo, Contudo.

p Por décadas, medir o combustível no espaço não é uma ciência exata. Um dos métodos mais usados ​​envolve estimar quanto combustível está sendo queimado a cada impulso e subtrair essa quantidade do volume de combustível no tanque. Este método é bastante preciso no início, quando um tanque está quase cheio, mas o erro de cada estimativa continua para a próxima, combinando com cada impulso. Quando o tanque estiver baixo, as estimativas se tornam mais suposições aproximadas e podem errar o alvo em até 10%.

p Sem medições confiáveis, os operadores podem estar enviando satélites com combustível ainda no tanque em uma aposentadoria precoce, potencialmente deixando uma quantidade considerável de dinheiro na mesa.

p O conceito do novo medidor - originalmente desenvolvido por Manohar Deshpande, um gerente de transferência de tecnologia no Goddard Space Flight Center da NASA - usa uma técnica de imagem 3-D de baixo custo conhecida como tomografia de volume de capacitância elétrica (ECVT).

p Como um tomógrafo, O ECVT pode aproximar a forma de um objeto fazendo medições em ângulos diferentes. Mas em vez de tirar raios X, eletrodos emitem campos elétricos e medem a capacidade do objeto de armazenar carga elétrica, ou capacitância.

p Deshpande buscou a experiência de Dagalakis e seus colegas no NIST - que tinham experiência anterior na fabricação de sensores baseados em capacitância - para ajudar a tornar seus projetos uma realidade.

p Na sala limpa do NanoFab no NIST's Center for Nanoscale Science and Technology, os pesquisadores produziram eletrodos sensores usando um processo chamado litografia suave, em que eles imprimiram padrões de tinta sobre folhas de cobre com um suporte de plástico flexível. Então, um produto químico corrosivo esculpiu o cobre exposto, deixando para trás as desejadas tiras de metal, Dagalakis disse.

p A equipe revestiu o interior de um contêiner em forma de ovo modelado a partir de um dos tanques de combustível da NASA com sensores flexíveis. Em todo o interior do tanque, os campos elétricos emitidos por cada sensor podem ser recebidos pelos outros. Mas o quanto desses campos acabam sendo transmitidos depende da capacitância de qualquer material que esteja dentro do tanque.

p “Se você não tem combustível, você tem a transmissão mais alta, e se você tiver combustível, você vai ter uma leitura mais baixa, porque o combustível absorve a onda eletromagnética, "Dagalakis disse." Nós medimos a diferença na transmissão para cada par de sensores possível, e combinando todas essas medidas, você pode saber onde há e onde não há combustível e criar uma imagem 3-D. "

p Para testar como podem ser as capacidades de medição de combustível do novo sistema no espaço, os pesquisadores suspenderam um balão cheio de fluido no tanque, imitando uma bolha de líquido na microgravidade.

p Muitos líquidos comumente usados ​​para impulsionar satélites e espaçonaves, como hidrogênio líquido e hidrazina, são altamente inflamáveis ​​na atmosfera rica em oxigênio da Terra, então os pesquisadores optaram por testar algo mais estável, Dagalakis disse.

p Por recomendação de Deshpande, eles encheram os balões com um fluido de transferência de calor - normalmente usado para armazenar ou dissipar energia térmica em processos industriais - porque imitava de perto as propriedades elétricas do combustível espacial.

p Os pesquisadores ativaram o sistema e alimentaram os dados de capacitância para um computador, que produziu uma série de imagens 2-D mapeando a localização do fluido em todo o comprimento do tanque. Quando compilado, as imagens deram origem a uma representação 3D do balão com um diâmetro inferior a 6% do diâmetro real do balão.

p "Este é apenas um protótipo experimental, mas esse é um bom ponto de partida, "Dagalakis disse.

p Se mais desenvolvido, o sistema ECVT pode ajudar engenheiros e pesquisadores a superar vários outros desafios apresentados pelo comportamento do líquido no espaço.

p "A tecnologia poderia ser usada para monitorar continuamente o fluxo de fluido em muitos tubos a bordo da Estação Espacial Internacional e para estudar como as pequenas forças de fluidos podem alterar a trajetória de espaçonaves e satélites, "Deshpande disse.