La tazza di caffè zero G

Nel regno dei satelliti e delle stazioni spaziali, molte delle regole terrestri non valgono. Il cielo di mezzogiorno è nero come la notte. Non esistono l’alto e il basso. Gli oggetti lasciati cadere non scendono, e l’aria calda non sale. Ma tra tutte le cose bizzarre che si verificano lassù, forse la più strana riguarda il caffè.

Mark Weislogel, professore di Fisica  alla Portland State University, ha studiato molto attentamente il caffè (e altri fluidi) quando si trovano nello spazio, e descrive cosa succede: “Per cominciare,” spiega, “già far entrare il caffè nella tazza sarebbe un’impresa, poiché senza l’attrazione gravitazionale versare liquidi può risultare al quanto scomodo. Ma supponiamo di trovarci sulla stazione spaziale con una tazza piena di caffè in mano.” Ovviamente troveremmo spontaneo inclinarla verso le nostre labbra, ma così facendo…”Sarà molto difficile controllare il caffè,” continua Weislogel. “Sarà molto difficile farlo uscire.  Dovremo continuare ad agitare la tazza in direzione della nostra faccia, sperando che un po’ del liquido si stacchi e svolazzi verso la bocca.”

Un aspetto positivo del fenomeno c’è: di sicuro saremo completamente svegli quando la tazza sarà vuota!

Naturalmente il caffè non è l’unico liquido che si comporta in modo per noi anomalo nello spazio: lo fanno anche i combustibili criogenici, i fluidi refrigeranti, l’acqua potabile e l’urina. Il comportamento dei fluidi è uno dei fenomeni meno intuitivi associati ai voli spaziali, e rappresenta una grande sfida per gli ingegneri che progettano qualsiasi impianto nelle navette spaziali che utilizza fluidi. “Il nostro intuito ci porta fuori strada,” ammette Weislogel.  “Spesso non abbiamo idea di come si comporteranno I fluidi in un nuovo sistema.”

Per meglio comprendere il comportamento dei fluidi nella microgravità, Weislogel e colleghi stanno conducendo l’Esperimento del Flusso Capillare a bordo della Stazione Spaziale Internazionale. Uno dei dispositivi utilizzati nell’esperimento si avvale di “angoli interni.”  Quando due superfici solide si incontrano formando un angolo sufficientemente stretto, I fluidi in presenza di microgravità scorreranno lungo il canale così composto, senza la necessità di pompaggio.  Questo effetto capillare potrà essere usato per guidare ogni tipo di fluido nelle navette spaziali, dai combustibili criogenici all’acqua reflua depurata. Studiare questo fenomeno sulla Terra è difficile, a causa della gravità, che ne limita l’effetto. Sulla stazione spaziale, invece, è facile creare e osservare tali flussi d’angolo su larga scala.

Il lavoro di Weislogel e colleghi in questo $campo$ ha già fruttato tre brevetti.  Uno copre uno scambiatore di calore a condensazione in microgravità, un secondo si riferisce a un dispositivo che separa e controlla fluidi multifase, mentre il terzo riguarda…indovinate cosa …  una tazza di caffè per la microgravità!

L’astronauta Don Pettit, che ha lavorato all’Esperimento del Flusso Capillare quando era a bordo della ISS, ha contribuito a inventare la tazza e detiene il brevetto insieme a Weisogel e a due matematici, Paul Concus e Robert Finns, che hanno effettuato la prima analisi teorica del fenomeno.

In poche parole,  su un lato della tazza è presente un angolo interno molto acuto.  Nell’ambiente a gravità ridotta della stazione spaziale, le forze capillari convogliano il fluido lungo il canale direttamente nella bocca dell’astronauta.

“Ad ogni sorso si attira altro liquido, rendendo possibile assaporare il caffè in assenza di gravità…fino all’ultima goccia,” assicura Pettit. “L’invenzione potrebbe essere la soluzione ideale da adottare durante le feste dei futuri coloni spaziali.”  In effetti, la descrizione del brevetto menziona esplicitamente “il brindisi ” tra i possibili utilizzi del dispositivo.

Chissà a cosa potrebbero dedicare un brindisi questi esploratori del futuro: magari a toilette e impianti di aria condizionata, serbatoi di combustibile e sistemi di riciclaggio, tutti funzionanti in maniera ottimale grazie agli esperimenti con il flusso capillare che i loro colleghi del passato eseguirono sulla stazione spaziale.