Improvement and validation of a mechanistic physical model for the prediction of heat and mass transfer in higher plant growth in reduced gravity
Les missions espacials tripulades de llarga durada, com les destinades a la Lluna o a Mart, requeriran sistemes de suport vital en bucle tancat, fiables i autosuficients, capaços de mantenir les tripulacions durant mesos o anys amb un subministrament molt limitat. En aquest context, els sistemes de...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2025 |
| País: | España |
| Institución: | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Repositorio: | Dipòsit Digital de Documents de la UAB |
| Idioma: | inglés |
| OAI Identifier: | oai:ddd.uab.cat:322140 |
| Acceso en línea: | https://ddd.uab.cat/record/322140 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Microgravetat Microgravity Microgravedad Microgravité Capa límit Boundary layer Capa límite Couche limite Plantes Plants Plantas Tecnologies |
| Sumario: | Les missions espacials tripulades de llarga durada, com les destinades a la Lluna o a Mart, requeriran sistemes de suport vital en bucle tancat, fiables i autosuficients, capaços de mantenir les tripulacions durant mesos o anys amb un subministrament molt limitat. En aquest context, els sistemes de suport vital biorregeneratius esdevindran crucials. Aquests sistemes incorporaran plantes superiors per regenerar oxigen mitjançant la fotosíntesi, eliminar diòxid de carboni i reciclar aigua a través de la transpiració. Tanmateix, els models actuals de creixement vegetal no incorporen condicions específiques de l'espai, com la microgravetat, l'exposició a la radiació i els paràmetres atmosfèrics alterats, la qual cosa limita la capacitat de predir el comportament de les plantes i el rendiment del sistema en hàbitats extraterrestres. Aquesta recerca aborda aquesta mancança aïllant i examinant els processos fonamentals de transferència de calor i massa en les interaccions planta-entorn, utilitzant una rèplica de fulla en condicions controlades. L'ús de la rèplica permet desacoblar fenòmens purament físics dels efectes biològics complexos, permetent un estudi precís de com la gravetat afecta la transferència convectiva de calor i massa. Els experiments es duen a terme tant en gravetat normal a la Terra com en entorns de microgravetat, assolits mitjançant campanyes de vols parabòlics, utilitzant una plataforma experimental dissenyada i construïda com a part d'aquesta tesi doctoral. La plataforma consta de quatre unitats en les quals la rèplica de la fulla es sotmet a un flux d'aire controlat, i la seva posició respecte al flux es pot ajustar. Els paràmetres clau que es monitoritzen inclouen la velocitat del flux d'aire, l'orientació de la fulla, l'acceleració gravitacional, la pressió, la temperatura, la humitat relativa dins les unitats i la temperatura superficial de la rèplica. Les dades recollides durant aquests experiments van permetre identificar coeficients de transferència de calor i massa tant en condicions estacionàries com transitòries. Les anàlisis estadístiques mostren efectes significatius de la gravetat, el flux d'aire i l'orientació sobre la temperatura superficial i la transferència de massa de la rèplica. El treball de modelatge va conduir al desenvolupament i validació de models mecanicistes de transferència convectiva de calor i massa que tenen en compte la convecció natural i forçada, el comportament de la capa límit i les limitacions de difusió interna. Els resultats confirmen el paper de la gravetat i la velocitat de l'aire en la modulació de la transferència de calor i massa, i mostren la contribució dominant de la superfície superior en la pèrdua de calor. El model i les dades proporcionen una eina basada en principis físics per analitzar les interaccions planta-entorn en condicions de gravetat alterada, amb una possible aplicació en futurs experiments espacials. |
|---|