Διαστημικό πείραμα του ΑΠΘ: Σε συνθήκες έλλειψης βαρύτητας πάνω από τον Ατλαντικό

Πείραμα σε συνθήκες έλλειψης βαρύτητας εκτέλεσε επιστημονική ομάδα του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης.

Πάνω από τον Ατλαντικό και με αφετηρία το Μπορντό της Γαλλίας ένα ειδικά διαμορφωμένο αεροπλάνο (Airbus A310) εκτελώντας 93 αλλεπάλληλες απότομες ανόδους και καθόδους ακολουθώντας πτητική τροχιά σε σχήμα παραβολής έδωσε στην ομάδα Δυναμικής Πολυφασικών Συστημάτων του Tμήματος Χημείας του ΑΠΘ, με επικεφαλής τον καθηγητή Χημείας Θοδωρή Καραπάντσιο, τη δυνατότητα να ελέγξει σε συνθήκες έλλειψης βαρύτητας, όπως δηλαδή στο Διάστημα, την ακρίβεια όσων είχε μελετήσει και σχεδιάσει στο πανεπιστημιακό εργαστήριο.

Το πείραμα «Low-g emulsions» ολοκληρώθηκε με επιτυχία στις 27 Οκτωβρίου. Πραγματοποιήθηκε στο πλαίσιο καμπάνιας Παραβολικών Πτήσεων του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος και αφορούσε τη μελέτη φαινομένων που καθορίζουν τη σταθερότητα γαλακτωμάτων, τα οποία χρησιμοποιούνται ευρέως σε ποικίλες εφαρμογές (εντομοκτόνα, γυαλιστικά, λιπαντικά, χρώματα, βερνίκια αλλά και σε τρόφιμα, φάρμακα, φυτοφάρμακα). 

Το πείραμα ήταν αμιγώς ελληνικό τόσο στον σχεδιασμό και κατασκευή της πειραματικής διάταξης όσο και στην επιστημονική ομάδα που χειρίστηκε την διάταξη εντός και εκτός του αεροσκάφους κατά την διάρκεια των πτήσεων.

Το πείραμα έγινε στο πλαίσιο της συμμετοχής της ομάδας του ΑΠΘ σε ένα πολύ μεγάλο ερευνητικό πρόγραμμα μελέτης γαλακτωμάτων (SMD-PASTA) του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος, που βρίσκεται εδώ και μήνες σε εξέλιξη στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό σε τροχιά γύρω από τη γη με συμμετοχή ομάδων από Πανεπιστήμια και Ερευνητικά Ιδρύματα από τις ΗΠΑ, τη Γερμανία, τη Γαλλία, την Ιταλία και την Ιαπωνία.

Η εμπειρία της ομάδας του ΑΠΘ με 5 ώρες παραμονής σε συνθήκες έλλειψης βαρύτητας

Η ομάδα του ΑΠΘ θεωρείται από τις πιο έμπειρες στην Ευρώπη αφού έχει πετάξει συνολικά σε εννιά αποστολές παραβολικών πτήσεων του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος με συνολικό χρόνο παραμονής σε συνθήκες έλλειψης βαρύτητας πάνω από 5 ώρες.

Σε αυτή την Καμπάνια Παραβολικών Πτήσεων, η ιπτάμενη ομάδα του ΑΠΘ εκτός του κ Καραπάντσιου αποτελείτο από τους χειριστές πτήσης Δρ. Σωτήρη Ευγενίδη (Χημικό) και Αγγελική Χονδρού (υποψήφια διδακτόρισσα ΑΠΘ), και από την ομάδα υποστήριξης εδάφους κ. Μαργαρίτη Κώστογλου (καθηγητή του τμήματος Χημείας ΑΠΘ), και τον κ. Τριαντάφυλλο Τσιλιπήρα (Τεχνικό ΑΠΘ ).

«Η ελληνική αποστολή με τη συμμετοχή της σε ένα ερευνητικό πρόγραμμα αιχμής, μεταφέρει ένα ισχυρό μήνυμα στην επιστημονική -και όχι μόνο- κοινότητα εντός και εκτός συνόρων: Ότι η Ελλάδα έχει το κατάλληλο εξειδικευμένο επιστημονικό δυναμικό να εκτελέσει απαιτητικά πειράματα και να παράγει υψηλής ποιότητας επιστημονικό έργο.

Παράλληλα όμως δίνεται και στους νέους μας το μήνυμα, ότι η Ελλάδα δεν έχει απωλέσει τη δυνατότητα να αποτελεί χώρο ευκαιριών και αυτό έχει ισχυρό συμβολισμό ως μέσο ανάσχεσης στο κύμα φυγής επιστημονικού κεφαλαίου που βιώνει η πατρίδα μας τα τελευταία χρόνια», δήλωσε ο κ. Καραπάντσιος. 

Περιγράφοντας την αίσθηση της έλλειψης βαρύτητας, όπως αυτή προκαλείται στις παραβολικές πτήσεις, εξήγησε πως το στοιχείο της υπερέντασης κυριαρχεί τόσο κατά τη διάρκεια όσο και μετά την ολοκλήρωση της πτήσης. Όλες οι ομάδες που συμμετέχουν σε αυτά τα πειράματα, λαμβάνουν ειδική εκπαίδευση, αλλά και προληπτική φαρμακευτική αγωγή για τις παρενέργειες που μπορεί να προκαλέσει στον ανθρώπινο οργανισμό η απότομη αλλαγή των συνθηκών βαρύτητας. 

«Οι ομάδες που συμμετέχουν επιλέγονται από την Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος έπειτα από αξιολόγηση που βασίζεται σε αυστηρά επιστημονικά κριτήρια, ενώ οι τεχνικές προδιαγραφές και η ασφαλής λειτουργία κάθε πειράματος ελέγχονται από εξειδικευμένο προσωπικό που επισκέπτεται τις ομάδες στα εργαστήρια τους καθόλη τη διάρκεια της προετοιμασίας τους», σημείωσε ο κ. Καραπάντσιος.

Στόχος κάθε πειράματος που μετέχει σε παραβολικές πτήσεις είναι να εκμεταλλευτεί τα 25 δευτερόλεπτα μηδενικής βαρύτητας σε κάθε μια από τις 93 παραβολές που εκτελούνται συνολικά στις 3 ημέρες πτήσεις, έτσι ώστε να μελετήσει το φυσικό φαινόμενο που την ενδιαφέρει. Κι αν ο μέσος άνθρωπος θα αναρωτηθεί τι προλαβαίνει να παρατηρήσει κάποιος μέσα στα διαστήματα αυτά των 25 δευτερολέπτων, ο κ. Καραπάντσιος διαβεβαίωσε πως ο χρόνος είναι υπεραρκετός για τη μελέτη φαινόμενων που αφορούν την αλληλεπίδραση σταγόνων και φυσαλίδων σε διασπορά και ότι και σε αυτή την αποστολή η ομάδα άντλησε πολύτιμα στοιχεία για το ερευνητικό της έργο. 

Σε κάθε καμπάνια παραβολικών πτήσεων συμμετέχουν περίπου 10 Επιστημονικές Ομάδες και κάθε καμπάνια αποτελείται από επτά ημέρες τελικών δοκιμών των πειραμάτων και στη συνέχεια τρεις ημέρες πτήσεων. Η προηγούμενη συμμετοχή της ομάδας του ΑΠΘ σε αποστολή παραβολικής πτήσης έλαβε χώρα τον Μάιο του 2017 ενώ η επόμενη στην οποία θα συμμετέχει είναι προγραμματισμένη για τον Οκτώβριο του 2023.

Διαστημικό πείραμα του ΑΠΘ: Σε συνθήκες έλλειψης βαρύτητας πάνω από τον Ατλαντικό: Η σπουδαιότητα του πειράματος

Σε ό,τι αφορά τη σπουδαιότητα του πειράματος της ομάδας του ΑΠΘ ο κ. Καραπάντσιος επισήμανε πως «βρίσκεται καταρχήν σε αυτήν καθ’ αυτήν την επιστημονική σημασία των αποτελεσμάτων που συλλέχθηκαν σε συνθήκες μηδενικής βαρύτητας. Συγκεκριμένα, τα πειραματικά αποτελέσματα έδειξαν τους μηχανισμούς με τους οποίους μπορούν να παρασκευαστούν γαλακτώματα ιδιαίτερης σταθερότητας ακόμη και με χρήση μικρής ποσότητας χημικών ουσιών (τασενεργών) αρκεί να επιλεγούν οι κατάλληλες συνθήκες γαλακτωματοποίησης». 

Τα πειράματα στην πειραματική διάταξη του ΑΠΘ αφορούσαν στη μελέτη της δυναμικής συμπεριφοράς των σταγόνων οργανικού υγρού (ελαιώδης φάση) εντός συνεχούς υδατικής φάσης. Ως γαλάκτωμα ορίζεται η διασπορά σταγονιδίων ενός υγρού εντός άλλου υγρού, με τα δύο υγρά να μην αναμιγνύονται μεταξύ τους. 

Σε συνθήκες γήινης βαρύτητας, λόγω της διαφοράς πυκνότητας των δύο υγρών των γαλακτωμάτων, η άνωση οδηγεί στο γρήγορο διαχωρισμό σε δυο διακριτά στρώματα, ένα ελαίου και ένα νερού, με αποτέλεσμα να καθίσταται αδύνατη η μελέτη της κίνησης και της αλληλεπίδρασης των σταγόνων.

Αντίθετα, σε συνθήκες έλλειψης βαρύτητας οι βαρυτικές επιδράσεις εξαλείφονται. Αυτό επιτρέπει τη μελέτη της δυναμικής συμπεριφοράς των σταγόνων και των αλληλεπιδράσεων τους (συνένωση και συσσωμάτωση σταγόνων), κάτι το οποίο συμβάλλει στην καλύτερη κατανόηση των μηχανισμών αποσταθεροποίησης των γαλακτωμάτων και θα οδηγήσει σε νέα δεδομένα που θα βελτιώσουν την ποιότητα βιομηχανικών προϊόντων σε μορφή γαλακτώματος.

Στα πειράματα του ΑΠΘ μεταβάλλεται κάθε φορά μια από τις τρεις παραμέτρους:

1) συγκέντρωση γαλακτωματοποιητή (τασενεργή ουσία),

2) αναλογία ελαιώδους-υδατικής φάσης και

3) συχνότητα και διάρκεια μετακίνησης του εμβόλου που προκαλεί την γαλακτωματοποίηση.

Όλα τα παραπάνω επιδρούν στην κατανομή μεγέθους των σταγόνων ελαίου των παραχθέντων γαλακτωμάτων και κατά συνέπεια στη σταθερότητα τους. 

Στα πειράματα χρησιμοποιήθηκαν τρεις διαγνωστικές τεχνικές: κάμερα λήψης βίντεο υψηλής ταχύτητας με ικανότητα να καταγράφει σε χιλιοστά του δευτερολέπτου τα περιστατικά συγκρούσεων γειτονικών σταγόνων, φωτογραφική κάμερα υψηλής ανάλυσης με ικανότητα αυτοματοποιημένης λήψης εικόνων σε προδιαγεγραμμένα χρονικά διαστήματα, διάταξη φασματοσκοπίας ηλεκτρικής εμπέδησης για την παρακολούθηση της εξέλιξης στο χρόνο του ογκομετρικού κλάσματος της διασπαρμένης φάσης (σταγόνες ελαιώδους φάσης).