Di kedalaman luar angkasa yang gelap dan sunyi, perangkat elektronik dan bahan bakar tetap bisa jadi panas—bahkan sangat panas.

Seiring rencana misi luar angkasa yang makin panjang dan sistem teknologi yang makin canggih, para ilmuwan makin penasaran sama yang terjadi pada cairan kriogenik superdingin saat mereka mendidih.

Cairan ini dipakai buat bahan bakar roket dan mendinginkan alat elektronik, tapi sampai sekarang kita belum begitu paham gimana perilaku mendidihnya di kondisi gravitasi mikro.

Nah, sebuah studi baru yang menyelidiki hal ini lewat serangkaian eksperimen di udara justru nemuin hasil yang mengejutkan. Temuannya udah dipublikasikan di npj Microgravity.

Kita udah tahu sih kalau cairan mendidih itu tingkahnya aneh di luar angkasa; kita pernah lihat langsung sebelumnya.

Karena gravitasi lebih kecil, konveksi jadi nggak semudah itu mengalirkan panas lewat cairan. Gelembung-gelembung juga susah lepas dari permukaan karena daya apungnya berkurang; mereka nggak mengapung ke atas kayak di Bumi.

Jadi, mungkin kita langsung mikir kalau gravitasi rendah bakal nurunin kemampuan pendinginan gelembung luar angkasa itu karena mereka nggak bisa bawa panas pergi secepat biasanya.

Tapi para peneliti justru nemuin yang sebaliknya: gravitasi rendah malah ningkatin pembuangan panas dalam kondisi tertentu.

Ya, sampai akhirnya ada ambang batas panas yang terlampaui dan proses didihnya jadi nggak stabil.

“Yang kami temukan adalah, sampai titik tertentu, pendidihan justru jadi lebih efektif, kebalikan dari yang kami duga,” kata insinyur mekanik dan penulis senior Youngsup Song dari University of Florida.

“Masalahnya, batas keamanannya turun drastis. Kedua sisi ini sama pentingnya kalau kamu lagi merancang perangkat keras sungguhan.”

Nitrogen cair dipakai sebagai pengganti yang aman dan andal buat semua cairan kriogenik di sini, dan eksperimen dilakukan dalam penerbangan parabola yang menyimulasikan kondisi tanpa bobot.

Para peneliti membandingkan data dari eksperimen ini dengan tes serupa yang dilakukan di lab, di darat dengan tarikan gravitasi normal.

“Karena kita kehilangan daya apung di gravitasi rendah, kami kira pendidihan bakal jadi kurang efektif secara keseluruhan,” ujar Song.

Tapi ternyata bukan itu yang mereka temukan. Gelembung justru mulai terbentuk lebih cepat, dan perpindahan panas meningkat dalam kondisi gravitasi nyaris nol.

Para peneliti menduga ini karena di gravitasi mikro, gelembung-gelembung itu menempel lebih dekat ke permukaan yang dipanaskan, yang bikin efisiensi pembuangan panas makin baik.

“Hipotesis kami adalah gelembung berhenti mengapung menjauh, jadi mereka bertahan di permukaan,” kata Song.

“Saat gelembung ada di permukaan, ada celah cairan tipis antara gelembung dan pemanas, dan lapisan cairan itu sangat tipis sampai bisa ningkatin perpindahan panas.”

Meski kedengarannya menguntungkan, sistem pendingin justru mencapai batasnya lebih cepat di kondisi luar angkasa yang disimulasikan.

Jumlah panas maksimum yang bisa ditangani pendingin nitrogen cair turun hingga 65 persen di gravitasi mikro dibandingkan tes di lab.

Intinya, gelembung-gelembung yang bertahan itu mulai saling terhubung, mengeringkan permukaan lebih cepat, dan bikin mekanisme pendinginannya kolaps. Gravitasi rendah memang menguntungkan buat perpindahan panas, tapi cuma sampai batas tertentu.

Ada batasan yang perlu dicatat di sini: cuma nitrogen yang diuji, dan itu pun dalam penerbangan parabola singkat.

Tapi, data yang terkumpul bakal berguna buat pemodelan ke depan saat para peneliti merancang peralatan buat perjalanan luar angkasa yang lebih efisien dan aman.

Yang krusial, dalam eksperimen mereka, Song dan kolega pakai wafer silikon yang dilapisi silikon dioksida sebagai permukaan pemanas, yang dipoles sampai nyaris bebas dari cacat dan rongga mikroskopis.

Eksperimen sebelumnya sering mengandalkan permukaan logam standar yang punya ketidaksempurnaan kecil, yang memengaruhi pembentukan gelembung, sehingga menghasilkan hasil yang bertentangan dan nggak bisa mengisolasi efek gravitasi.

Jadi, studi ini menyoroti pentingnya desain permukaan material saat mengembangkan sistem untuk menjaga bahan bakar dan perangkat elektronik tetap dingin.

Terkait: Studi Baru yang Liar Menunjukkan Gravitasi Bisa Ada Tanpa Massa

Untuk bahan bakar, misalnya, semakin jauh kita ingin menjelajah dari Bumi, semakin lama propelan harus tetap berada di bawah titik didihnya—dan desain permukaan bisa membantu mewujudkannya.

“Kami ingin merekayasa permukaan untuk melihat apakah kami bisa menunda pendidihan di tangki penyimpanan,” kata Song.

“Artinya [menyetel] fitur permukaan, seperti struktur dan kimia, untuk menekan pendidihan.”

Penelitian ini telah dipublikasikan di npj Microgravity.