Zeer robuust met een uitstekende levensduur - KNF-pompen doen wat ze beloven
KNF-vacuümpompen en -systemen worden in wetenschappelijk onderzoek aan de Friedrich-Alexander-Universität...
Lees verder
Elke dag zoomen zes astronauten van het International Space Station (ISS) met 28.000 kilometer per uur door de tijd en ruimte en cirkelen daarbij om de aarde heen. 16 keer in 24 uur. De bemanning kan alleen overleven omdat hun vliegende "leef- en werkruimte" voor extreme omstandigheden ontworpen is. Het ISS biedt de nodige stabiliteit, de romp en de beglazing bieden bescherming tegen hitte, kou en drukverlies en de nutsvoorzieningen bootsen een stukje van de aardse leefomstandigheden na in de ruimte. De overleving van astronauten hangt af van de betrouwbaarheid van alle systemen en componenten.
Door een aanbeveling van een samenwerkingspartner ontvingen wij een aanvraag voor een pomp voor het recyclen van gebruikte lucht in het ISS. De technische eisen voor een dergelijk project zijn enorm en de samenwerkende partners moeten elkaar uitstekend aanvullen.
Ons ingenieursteam ging de uitdaging aan om vier jaar lang samen met Airbus Defence and Space aan de ontwikkeling van een vloeistofpomp te werken. Airbus Defence and Space maakt deel uit van de Airbus Groep en is gespecialiseerd in militaire luchtvaart, militaire en civiele lucht- en ruimtevaartsystemen en in sensoren en communicatietechnologie voor defensie en veiligheid.
De pomp voor gebruik in de ruimte was in het najaar van 2018 klaar. Twee exemplaren van de pomp werden uiteindelijk geïntegreerd in het nieuwe Life Support Rack. Deze unit, ook wel bekend als het Advanced Closed Loop System (ACLS), heeft als taak om kooldioxide uit de lucht in het ruimtevaartuig te verwijderen en door middel van elektrolyse verse zuurstof voor de bemanning te genereren. Het nieuwe ACLS-rack werd op 2 november 2018 in de ISS Destiny-module geïnstalleerd door de Duitse ESA-astronaut Alexander Gerst, terwijl deze de leiding had over het ISS.
De twee gebruikte membraanpompen maakten deel uit van een elektrolyseapparaat dat zuurstof en waterstof uit water genereerde. De pompen verpompten het voedingswater uit een plastic zak naar het ACLS. Zuurstof werd onttrokken door eerst de kooldioxide uit de cabinelucht om te zetten in methaan en water. Voor dit proces was waterstof nodig, dat op zijn beurt werd verkregen door het splitsen van watermoleculen en het leveren van energie. Het elektrolytische proces onttrekt zuurstof voor de ademlucht aan het water.
Dankzij zuurstofrecycling wordt jaarlijks 450 kilo aan waterlading bespaard.
Airbus verwachtte dat het systeem was ontworpen voor een bemanning van drie astronauten en bespaarde 450 kilogram extra watertransport per jaar. Met een prijs van 33.000 euro per kilo lading heeft het ACLS de kosten met ongeveer 15 miljoen euro verlaagd. Op vol vermogen onttrekt het ACLS 3 kilo CO2 en levert het 2,5 kilo zuurstof en 1,2 kilo water per dag.
In de ruimtevaart waren uiterst betrouwbare componenten en systemen nodig om ervoor te zorgen dat alle processen altijd veilig verlopen. De eisen aan het ontwerp van de pomp waren daarom zeer hoog. Op een hoogte van 400 kilometer boven het aardoppervlak kunnen defecte onderdelen immers niet binnen een adequaat korte tijd worden vervangen.
In dit geval hebben de ontwikkelaars bewust gekozen voor een beproefde vloeistofpomp die ook op aarde extreem klein, krachtig, duurzaam en efficiënt is. Zij hebben echter in de loop van de 48 maanden telkens weer nieuwe specificaties ontvangen. Het ingenieursteam stond voor de uitdaging om de belangrijkste onderdelen van de gebruikte standaardpomp te behouden (en ervoor te zorgen dat deze betrouwbaar bleef) en tegelijkertijd belangrijke structurele veranderingen door te voeren om de pomp geschikt te maken voor gebruik in de ruimte. De pomp is meerdere keren aangepast: het huis is gemaakt van roestvrij staal, het vacuümkogellager is geoptimaliseerd en er zijn roestvrijstalen fittingen gemaakt voor de vloeistofkoppelingen. Bovendien moesten de technici het probleem van de integratie van een plaatsbesparende aandrijfmotor oplossen.
Dergelijke uitdagende taken verleggen de grenzen van wat constructief mogelijk is, wat onze wereldwijde pompprojecten elk jaar weer ten goede komt. De meeste ontwikkelen zich tot een succesverhaal. Hetzelfde geldt voor de ruimtepomp.
