Pengukur Bahan Bakar Prototipe untuk Orbit
Cairan tidak berperilaku baik di luar angkasa seperti di Bumi. Di dalam pesawat ruang angkasa, gayaberat mikro memungkinkan cairan mengalir dan mengapung dengan bebas. Perilaku ini telah membuat jumlah bahan bakar di satelit sulit untuk dijabarkan tetapi pengukur bahan bakar prototipe baru dapat menawarkan solusi. Pengukur dapat membuat ulang bentuk 3D cairan secara digital berdasarkan sifat listriknya. Desainnya berpotensi memberikan pengukuran yang andal kepada operator satelit yang akan membantu mencegah satelit bertabrakan dan menjaganya tetap beroperasi lebih lama.
Membiarkan tangki satelit mengering dapat membuatnya terdampar di orbit aslinya tanpa bahan bakar untuk menghindari menabrak satelit lain dan menghasilkan awan puing yang berbahaya. Untuk mengurangi kemungkinan tabrakan, operator menghemat beberapa tetes bahan bakar terakhir untuk mengeluarkan satelit ke orbit kuburan ratusan kilometer jauhnya dari pesawat ruang angkasa yang berfungsi. Namun, mereka mungkin membuang-buang bahan bakar dalam prosesnya.
Selama beberapa dekade, mengukur bahan bakar di luar angkasa bukanlah ilmu pasti. Salah satu metode yang paling sering diandalkan adalah memperkirakan berapa banyak bahan bakar yang dibakar dengan setiap dorongan dan mengurangi jumlah itu dari volume bahan bakar di dalam tangki. Metode ini cukup akurat di awal ketika tangki hampir penuh tetapi kesalahan dari setiap perkiraan berlanjut ke yang berikutnya, ditambah dengan setiap dorongan. Pada saat tangki rendah, perkiraan menjadi lebih seperti tebakan kasar dan bisa meleset sebanyak 10%. Tanpa pengukuran yang andal, operator mungkin mengirim satelit dengan bahan bakar yang masih ada di tangki ke pensiun dini, berpotensi meninggalkan sejumlah besar uang di atas meja.
Konsep pengukur baru ini memanfaatkan teknik pencitraan 3D berbiaya rendah yang dikenal sebagai tomografi volume kapasitansi listrik (ECVT). Seperti pemindai CT, ECVT dapat memperkirakan bentuk objek dengan melakukan pengukuran pada sudut yang berbeda. Namun, alih-alih menembakkan sinar-X, elektroda memancarkan medan listrik dan mengukur kemampuan objek untuk menyimpan muatan listrik, atau kapasitansi.
Para peneliti memproduksi elektroda sensor menggunakan proses yang disebut soft lithography di mana mereka mencetak pola tinta di atas lembaran tembaga dengan alas plastik yang fleksibel. Kemudian, bahan kimia korosif mengukir tembaga yang terbuka, meninggalkan potongan logam yang diinginkan. Tim melapisi bagian dalam wadah berbentuk telur yang dimodelkan setelah salah satu tangki bahan bakar NASA dengan sensor fleksibel. Di seluruh bagian dalam tangki, medan listrik yang dipancarkan oleh masing-masing sensor dapat diterima oleh yang lain. Tetapi seberapa banyak medan ini yang akhirnya ditransmisikan tergantung pada kapasitansi bahan apa pun yang ada di dalam tangki.
Untuk menguji seperti apa kemampuan pengukuran bahan bakar sistem baru di luar angkasa, para peneliti menangguhkan balon berisi cairan di dalam tangki, meniru gumpalan cairan dalam gayaberat mikro.
Banyak cairan yang biasa digunakan untuk menggerakkan satelit dan pesawat ruang angkasa, seperti hidrogen cair dan hidrazin, sangat mudah terbakar di atmosfer bumi yang kaya oksigen, sehingga para peneliti memilih untuk menguji sesuatu yang lebih stabil. Mereka mengisi balon dengan cairan perpindahan panas — biasanya digunakan untuk menyimpan atau menghilangkan energi panas dalam proses industri — karena sangat mirip dengan sifat listrik bahan bakar luar angkasa.
Para peneliti mengaktifkan sistem dan memasukkan data kapasitansi ke komputer yang menghasilkan serangkaian gambar 2D yang memetakan lokasi cairan di sepanjang tangki. Saat dikompilasi, gambar tersebut menghasilkan rendisi 3D dari balon dengan diameter yang kurang dari 6% berbeda dari diameter balon sebenarnya.
