無重力空間でも機能する冷蔵庫をパデュー大学の研究チームが開発中

今回は「無重力空間でも機能する冷蔵庫をパデュー大学の研究チームが開発中」についてご紹介します。

関連ワード （ISS、NASA、パデュー大学、冷蔵庫等） についても参考にしながら、ぜひ本記事について議論していってくださいね。

本記事は、TechCrunch様で掲載されている内容を参考にしておりますので、より詳しく内容を知りたい方は、ページ下の元記事リンクより参照ください。

国際宇宙ステーション（ISS）に滞在する宇宙飛行士は、定期的な補給品の打ち上げによって比較的新鮮な食料を手に入れているが、火星まで行くとなると補給品の入手は不可能だ。もし人類が他の惑星に行くのなら、宇宙でも壊れない冷蔵庫が必要になる。パデュー大学の研究者たちは、そのテストに励んでいる。

普通の冷蔵庫だって宇宙で使えないことはないと思う人もいるかもしれない。熱を吸って、冷気を送り込む。単純なことではないか？しかし、一般的な冷蔵庫は、温度を調整するコンプレッサーにオイルを送り込むのに重力を利用している。そのため、重力のない宇宙ではこれらのシステムが機能しなかったり、すぐに壊れてしまったりするのだ。

パデュー大学のチームとパートナーメーカーのAir Squared（エア・スクエアド）が追求しているソリューションは、重力の方向や大きさに関係なく機能する、従来の冷蔵庫のオイルフリーバージョンだ。その開発は、NASAが有望な中小企業や実験に資金を提供し、ミッションへの準備を促進させるSBIRプログラムによって行われている（このプログラムは現在、フェーズIIの延長期間中）。

2年間の開発期間を経て、チームはついに飛行可能な試作機を完成させた。2021年4月にはパラボリックフライト（放物飛行）で模擬した微小重力環境でテストするところまでこぎ着けた。

最初のテスト結果は期待が持てるものだった。冷蔵庫はきちんと機能した。

研究チームの博士課程学生であるLeon Brendel（レオン・ブレンデル）氏は「微小重力環境下におけるテストで、明らかな問題もなく冷蔵サイクルが継続的に作動したことは、我々の設計が非常に良いスタートを切ったことを示すものです」と、述べている。「我々が認識していなかったことで、微小重力が冷蔵サイクルに与えた変化はないというのが、我々の第一印象です」。

もちろん、短時間の微小重力下（試作機が無重力に近い状態に置かれたのはわずか20秒間でしかなかった）では限定的なテストにしかならないが、研究者たちが取り組んでいた装置の問題点を解消することには役立った。次のテストでは、ISSに長期的に設置されることになるかもしれない。ISSの住人は、きちんと作動する冷蔵庫をきっと欲しがっているはずだ。

冷たい飲み物や（フリーズドライではない）冷凍食品はもちろん魅力的に違いないが、それだけでなく、標準的な冷蔵庫があれば、あらゆる科学的な作業にも利用できる。現在、低温環境を必要とする実験は、複雑で小規模な冷却機構を使用するか、絶対零度に近い宇宙環境を利用するかのどちらかしかない。だからこそ、NASAは「Flight Opportunities（フライト・オポチュニティ）」プログラムの一環として、開発チームを微小重力シミュレーターに搭乗させたのだ。

今回のフライトで収集されたデータの分析は現在進行中だが、最初の大きなテストの成功は、この宇宙用冷蔵庫の研究と実行の両方が、正しいことを立証するものだ。次の課題は、宇宙ステーションの限られたスペースと継続的な微小重力の中で、どのように機能するかを検証することになる。

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画像クレジット：Purdue University

【原文】

Regular supply launches keep astronauts aboard the ISS supplied with relatively fresh food, but a flight to Mars won’t get deliveries. If we’re going to visit other planets, we’ll need a fridge that doesn’t break down in space — and Purdue University researchers are hard at work testing one.

You may think there’s nothing to prevent a regular refrigerator from working in space. It sucks heat out and puts cold air in. Simple, right? But refrigerators rely on gravity to distribute oil through the compressor system that regulates temperature, so in space these systems don’t work or break down quickly.

The solution being pursued by Purdue team and partner manufacturer Air Squared is an oil-free version of the traditional fridge that will work regardless of gravity’s direction or magnitude. It was funded by NASA’s SBIR program, which awards money to promising small businesses and experiments in order to inch them toward mission readiness. (The program is currently on its Phase II extended period award.)

In development for two years, the team at last assembled a flight-ready prototype, and last month was finally able to test it in microgravity simulated in a parabolic plane flight.

Initial results are promising: The fridge worked.

“The fact that the refrigeration cycles operated continuously in microgravity during the tests without any apparent problems indicates that our design is a very good start,” said Leon Brendel, a Ph.D. student on the team. “Our first impression is that microgravity does not alter the cycle in ways that we were not aware of.”

Short-term microgravity (the prototype was only weightless for 20 seconds at a time) is just a limited test, of course, and it already helped shake out an issue with the device that they’re working on. But the next test might be a longer-term installation aboard the ISS, the denizens of which would no doubt like to have a working fridge.

While the prospect of cold drinks and frozen (but not freeze-dried) meals is tantalizing, a normal refrigerator could be used for all kinds of scientific work as well. Experiments that need cold environments currently either use complicated, small scale cooling mechanisms or utilize the near-absolute-zero conditions of space. So it’s no surprise NASA got them aboard the microgravity simulator as part of the Flight Opportunities program.

Analysis of the data collected on the flights is ongoing, but the success of this first big test validates both the approach and execution of the space fridge. Next up is figuring out how it might work in the limited space and continuous microgravity of the ISS.

（文：Devin Coldewey、翻訳：Hirokazu Kusakabe）

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