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3D 打印让宇航员在太空站也能享受芳香的咖啡

放大字体  缩小字体 发布日期:2016-01-15  浏览次数:438
在无重力的外太空,本来在地球上很多简单的事情变得大不相同。2012年的时候,有一名意大利宇航员返回地球,哀叹国际空间站上的生活质量之差。目前,这个问题终于有望得到改善:宇航员们终于可以在国际空间站上享用一杯咖啡了。研究人员设计了一个3D打印的特殊杯子来作为刻在空间站上使用的咖啡杯。

由都灵的咖啡专家与意大利Lavazza公司和Argotec公司共同开发的世界上第一个零重力并经过认证的意大利咖啡壶——ISSpresso。意大利首位女航天员Samantha Cristoforetti将于本周将它带到空间站上。
 
要知道,在地球上做咖啡是一件相对简单的事,而在零重力的环境中则需要一台特殊的机器来干。ISSpresso的主要原理是将袋装水加压加热到最适宜咖啡的温度,然后与胶囊形式的咖啡在另外一个袋子里混合,形成可饮用的咖啡饮料。

但是咖啡上的浮沫如何实现?通常情况下,重心是“泡沫”形成的关键。该泡沫是由一种复杂的低密度胶体油组成的,它由于重力的作用升到咖啡的表面。但是,如果没有重力的话该怎么办?幸运的是美国波特兰州立大学专门从事热和流体科学的Mark Weislogel教授开发出了一种解决方案。
 
他说,泡沫的形状和香味在饮用咖啡的整个体验中发挥了关键作用。而在低重力环境中这些是不可能出现的。但是可以有一种替代的方式让宇航员在飞船中享受咖啡,这种选择就是3D打印的咖啡太空杯。
 
Weislogel教授说,杯子的形状可以经过特殊的设计从而影响液体的流动模式,即使没有任何引力。起到主要作用的将会是表面张力和浸润的被动力,这两种力可以在没有运动部件的情况下引起液体流动。根据这一原理设计的特殊形状的容器可以被动地推动液体流动。“它的形状就是一种“智能”部件,形成了一个流体控制系统,而且不需要泵或离心力去推动”。虽然对于水基饮料而言这是非常具有挑战性的,但咖啡是相当油性的饮料,因此,这些技术可以很容易地发挥作用。
 
于是,利用3D打印技术和数学,Weislogel教授和他的同事开发了一种形状古怪的杯子,它模仿了在地球上“泡沫”的形成过程。经过在各种模拟失重的环境中的测试证明,这种咖啡杯能够在低重力环境,如国际空间站,中发挥作用。
 
但是,未来这种技术可能不仅仅是用来制造太空咖啡杯那么简单了,它在空间站上还有更加广范的应用。Weislogel说,“我们正在努力利用我们的新方法重新评估太空站上的所有流体系统,包括冷却系统、燃油箱、水处理设备、生命支持系统、植物和动物的栖息地、医用液体、食品等。”而要实现这一切,3D打印技术无疑要在其中起到关键作用。


 
 
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