Published January 26, 2022 | Version v1
Publication Open

Microfluidics and Macrofluidics in Space: ISS-Proven Fluidic Transport and Handling Concepts

  • 1. University of Adelaide
  • 2. Eindhoven University of Technology
  • 3. University of Nottingham
  • 4. Can Tho University
  • 5. University of Warwick

Description

Fluid transport and handling in extraterrestrial conditions, i.e. microgravity, require significantly different system engineering than here on Earth. On Earth, a notable part of fluid processing units inherently relies on buoyancy to transport and handle fluids. In space, however, buoyancy effects are negligible due to the strong diminishment of gravity, resulting in the domination of surface tension forces. Surface tension forces are also dominating micro-scale processes in gravity, making microfluidics a promising technology for fluidic transport and handling in microgravity. Recently, three different microfluidics-suitable fluid behavior phenomena have been studied on the ISS that might further facilitate the manipulation of fluids in space: capillary-driven flow, thermocapillary Marangoni forces, and electrolytic gas evolution-driven flow. Furthermore, attention is drawn for strategies to eliminate unwanted bubbles from liquid bodies in space, as they can damage sensitive equipment: Mesh-screen capillarity and open wedge channels have been identified as promising approaches. Finally, the relevance of fluid handling in space is illustrated with everyday activities during space missions, such as drinking, plant watering, and gathering biometric data.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يتطلب نقل السوائل ومناولتها في ظروف خارج الأرض، أي الجاذبية الصغرى، هندسة نظام مختلفة بشكل كبير عن هنا على الأرض. على الأرض، يعتمد جزء ملحوظ من وحدات معالجة السوائل بطبيعته على الطفو لنقل السوائل والتعامل معها. ومع ذلك، في الفضاء، تكون تأثيرات الطفو ضئيلة بسبب التضاؤل القوي للجاذبية، مما يؤدي إلى هيمنة قوى التوتر السطحي. تهيمن قوى التوتر السطحي أيضًا على العمليات الصغيرة في الجاذبية، مما يجعل الموائع الدقيقة تقنية واعدة للنقل المائعي والمناولة في الجاذبية الصغرى. في الآونة الأخيرة، تمت دراسة ثلاث ظواهر مختلفة لسلوك الموائع الدقيقة المناسبة على محطة الفضاء الدولية والتي قد تسهل بشكل أكبر معالجة السوائل في الفضاء: التدفق المدفوع بالشعيرات الدموية، وقوى مارانغوني الشعرية الحرارية، والتدفق المدفوع بتطور الغاز الكهربائي. علاوة على ذلك، يتم لفت الانتباه إلى استراتيجيات القضاء على الفقاعات غير المرغوب فيها من الأجسام السائلة في الفضاء، لأنها يمكن أن تلحق الضرر بالمعدات الحساسة: تم تحديد الشعرية الشبكية وقنوات الوتد المفتوحة كنهج واعد. وأخيرًا، تتضح أهمية التعامل مع السوائل في الفضاء من خلال الأنشطة اليومية أثناء البعثات الفضائية، مثل الشرب وسقي النباتات وجمع البيانات البيومترية.

Translated Description (French)

Le transport et la manipulation des fluides dans des conditions extraterrestres, c'est-à-dire en microgravité, nécessitent une ingénierie système significativement différente de celle d'ici sur Terre. Sur Terre, une partie notable des unités de traitement des fluides repose intrinsèquement sur la flottabilité pour transporter et manipuler les fluides. Dans l'espace, cependant, les effets de flottabilité sont négligeables en raison de la forte diminution de la gravité, entraînant la domination des forces de tension superficielle. Les forces de tension superficielle dominent également les processus à micro-échelle en gravité, faisant de la microfluidique une technologie prometteuse pour le transport et la manipulation des fluides en microgravité. Récemment, trois différents phénomènes de comportement des fluides adaptés à la microfluidique ont été étudiés sur l'ISS qui pourraient faciliter davantage la manipulation des fluides dans l'espace : l'écoulement piloté par capillarité, les forces de Marangoni thermocapillaires et l'écoulement piloté par l'évolution du gaz électrolytique. En outre, l'attention est attirée sur les stratégies visant à éliminer les bulles indésirables des corps liquides dans l'espace, car elles peuvent endommager les équipements sensibles : la capillarité à écran maillé et les canaux à coins ouverts ont été identifiés comme des approches prometteuses. Enfin, la pertinence de la manipulation des fluides dans l'espace est illustrée par les activités quotidiennes lors des missions spatiales, telles que la consommation d'alcool, l'arrosage des plantes et la collecte de données biométriques.

Translated Description (Spanish)

El transporte y la manipulación de fluidos en condiciones extraterrestres, es decir, la microgravedad, requieren una ingeniería de sistemas significativamente diferente a la de la Tierra. En la Tierra, una parte notable de las unidades de procesamiento de fluidos depende inherentemente de la flotabilidad para transportar y manejar fluidos. En el espacio, sin embargo, los efectos de flotabilidad son insignificantes debido a la fuerte disminución de la gravedad, lo que resulta en el dominio de las fuerzas de tensión superficial. Las fuerzas de tensión superficial también dominan los procesos a microescala en gravedad, lo que hace que la microfluídica sea una tecnología prometedora para el transporte y la manipulación de fluidos en microgravedad. Recientemente, se han estudiado tres fenómenos diferentes de comportamiento de fluidos adecuados para microfluidos en la ISS que podrían facilitar aún más la manipulación de fluidos en el espacio: flujo impulsado por capilares, fuerzas de Marangoni termocapilares y flujo impulsado por la evolución de gases electrolíticos. Además, se llama la atención sobre las estrategias para eliminar las burbujas no deseadas de los cuerpos líquidos en el espacio, ya que pueden dañar los equipos sensibles: la capilaridad de la pantalla de malla y los canales de cuña abiertos se han identificado como enfoques prometedores. Finalmente, la relevancia del manejo de fluidos en el espacio se ilustra con las actividades cotidianas durante las misiones espaciales, como beber, regar plantas y recopilar datos biométricos.

Files

pdf.pdf

Files (3.4 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:928d263b4b95903febb3a51590f08cd4
3.4 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
الموائع الدقيقة والموائع الكبيرة في الفضاء: مفاهيم النقل والمناولة السائلة المثبتة من قبل محطة الفضاء الدولية
Translated title (French)
Microfluidique et macrofluidique dans l'espace : concepts de transport et de manipulation fluidiques éprouvés par l'ISS
Translated title (Spanish)
Microfluídica y macrofluídica en el espacio: conceptos probados de transporte y manipulación de fluidos en la ISS

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4210401809
DOI
10.3389/frspt.2021.779696

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Vietnam

References

  • https://openalex.org/W1595355569
  • https://openalex.org/W1651564641
  • https://openalex.org/W1814974590
  • https://openalex.org/W1964204899
  • https://openalex.org/W1979873167
  • https://openalex.org/W1980439903
  • https://openalex.org/W1986665256
  • https://openalex.org/W1996953066
  • https://openalex.org/W2000138095
  • https://openalex.org/W2005138214
  • https://openalex.org/W2008987035
  • https://openalex.org/W2043966381
  • https://openalex.org/W2044164335
  • https://openalex.org/W2045420898
  • https://openalex.org/W2060262964
  • https://openalex.org/W2063440606
  • https://openalex.org/W2067278835
  • https://openalex.org/W2067898564
  • https://openalex.org/W2070817345
  • https://openalex.org/W2078602297
  • https://openalex.org/W2088233301
  • https://openalex.org/W2089768454
  • https://openalex.org/W2094227311
  • https://openalex.org/W2099764492
  • https://openalex.org/W2101147072
  • https://openalex.org/W2105613624
  • https://openalex.org/W2109577030
  • https://openalex.org/W2144139276
  • https://openalex.org/W2152784775
  • https://openalex.org/W2275832075
  • https://openalex.org/W2312924405
  • https://openalex.org/W2323185468
  • https://openalex.org/W2326365463
  • https://openalex.org/W2407767416
  • https://openalex.org/W2467867374
  • https://openalex.org/W2469851563
  • https://openalex.org/W2588188498
  • https://openalex.org/W2605088234
  • https://openalex.org/W2794443911
  • https://openalex.org/W2797384014
  • https://openalex.org/W2890643956
  • https://openalex.org/W2906486712
  • https://openalex.org/W2908206220
  • https://openalex.org/W2908701678
  • https://openalex.org/W2986216261
  • https://openalex.org/W2994634582
  • https://openalex.org/W2999482827
  • https://openalex.org/W3024530943
  • https://openalex.org/W3027394804
  • https://openalex.org/W3105012668
  • https://openalex.org/W3128119835
  • https://openalex.org/W3159783661
  • https://openalex.org/W3180569762
  • https://openalex.org/W3195771420
  • https://openalex.org/W4210963755
  • https://openalex.org/W4378778735
  • https://openalex.org/W4388399941
  • https://openalex.org/W625956429
  • https://openalex.org/W750533841
  • https://openalex.org/W802261083
  • https://openalex.org/W81662662