Bronkhorst: Verdampfersysteme für die NASA-Weltraumforschung

National Aeronautics and Space Administration (NASA)

Die NASA (National Aeronautics and Space Administration) hat kürzlich ihren Teststand für tragbare Lebenserhaltungssysteme (Portable Life Support System, PLSS) neu konzipiert. In diesem Testaufbau werden neue mobile PLSS für den Einsatz in Weltraumanzügen unter realen Bedingungen getestet. Um die PLSS zu testen, muss eine simulierte menschliche metabolische Belastung auf alle enthaltenen Teilsysteme angewendet werden, deswegen muss die NASA die menschliche Produktion von CO2 und Wasserdampf mit der damit verbundenen Wärmebelastung simulieren.

In enger Zusammenarbeit mit den NASA-Ingenieuren haben wir bei Bronkhorst gelernt, dass eine genaue, stabile Kontrolle von Wasserdampf für eine effiziente und wiederholbare Prüfung extrem wichtig und damit für eine erfolgreiche Entwicklung der PLSS entscheidend ist.

Die empfohlene Bronkhorst-Lösung ist ein CEM-System, um die Masse des zu verdampfenden Wassers sowie die Menge an CO2 im Dampf richtig zu kontrollieren. Die NASA verfügt über drei CEM-Systeme, die über ein Manifold verbunden sind. Jedes CEM-System besteht aus einem Massendurchflussmesser für Flüssigkeit (H2O), einem Massendurchflussregler für Gase (CO2), einem kontrollierten Verdampfer mit Mischregelventil und einem Auslese- / Steuergerät. Die drei verbundenen CEM-Systeme werden gemeinsam als Human Metabolic Simulator (HMS) bezeichnet.

Bronkhorst setup with CEM (Controlled Evaporation and Mixing) system

Bronkhorst CEM System

Human Metabolic Simulator (HMS)

Das Bronkhorst HMS-Gerät wird über analoge (0-5 Vdc) Signale über die Bronkhorst-Auslese- / Steuergeräte (1 pro CEM-System) gesteuert, diese sind wiederum mit dem NASA-Haupttest-System verbunden, auf dem die NASA-basierte LabVIEW-Software läuft.

Dieser Aufbau ermöglicht es der NASA, diese Aspekte der menschlichen metabolischen Leistung bis zu einer Rate von ~ 3500 BTU / hr oder etwas über 1000 Watt zu simulieren. Die CO2 / Wasserdampfmischung wird in ein simuliertes Raumanzugvolumen injiziert, das eine Puppe enthält ("Manny"), die ein Kühl- und Ventilationseinheit (Liquid Cooling and Ventilation Garment, LCVG) trägt. Dieses führt überschüssige Wärme im Inneren des Raumanzuges ab, um die menschliche Kerntemperatur im Normalbereich zu halten und liefert auch eine gewisse latente Wärmeabfuhr durch Kondensation von menschlich erzeugtem Wasserdampf auf der Oberfläche der Kühlrohre.

Um die menschliche metabolische Lastsimulation zu vervollständigen, hat die NASA steuerbare Heizer auf die CO2 / H2O-Dampfleitungen montiert, um eine Kondensation zu verhindern und bei Bedarf eine Überhitzung zu erzeugen. Darüber hinaus gibt es kontrollierbare elektrische Heizelemente auf dem Puppenkörper, um eine sinnvolle Wärmeerzeugung durch einen Menschen zu simulieren, der auf unterschiedlichen Anstrengungsleveln arbeitet. Zusätzlich ist ein weiterer Massendurchflussregler im Einsatz, um Gas aus dem Anzug kontrolliert zu entfernen, die den Stoffwechselverbrauch des Anzugsgases sowie den Anfall von Leckagen simulieren.

CEM-System Prinzip