แก้วกาแฟที่ช่วยลดความร้อนของน้ำกาแฟและช่วยคงความอุ่นของกาแฟให้อยู่ได้ยาวนาน นวัตกรรมที่ดูเจ๋งในชีวิตประจำวันชิ้นนี้กำลังจะปฏิวัติ “ระบบระบายความร้อน” ของยานอวกาศและชุดนักบินอวกาศของ NASA ด้วยสมบัติที่เรียกว่าการเปลี่ยนสถานะ

ภาพผลิตภัณฑ์ขวดกาแฟเก็บความร้อนของบริษัท ThermAvant International LLC ภาพจาก ThermAvant International LLC

การที่วัสดุหนึ่งจะเปลี่ยนสถานะจากของแข็งไปเป็นของเหลว นอกจากอุณหภูมิของวัสดุนั้นต้องถึงจุดหลอมเหลวแล้ว มันยังต้องได้รับพลังงานอีกจำนวนหนึ่งเพื่อที่จะเปลี่ยนแปลงสถานะของตัวเองจากของแข็งข้ามไปเป็นสถานะของเหลว ซึ่งพลังงานจำนวนนี้ที่ตัวสสารต้องใช้ในบางครั้งอาจจะมีค่าที่สูงมากและเราสามารถตักตวงคุณสมบัตินี้มาใช้เป็นประโยชน์กับการระบายความร้อนได้ เช่น การใช้แร่ลิเทียมไนเตรต (Lithium Nitrate) กับยานเวเนราเพื่อให้แร่ตัวนี้ดูดซับความร้อนเพื่อยืดเวลาที่ยานจะสามารถทำงานบนพื้นผิวให้ได้มากที่สุด ตัวแร่ลิเทียมไนเตรตนี้มีจุดหลอมเหลวที่อุณหภูมิ 255 องศาเซลเซียส และตัวของมันต้องใช้พลังงานในการเปลี่ยนจากสถานะของแข็งไปเป็นของเหลวที่สูงมากถึง 287 จูลต่อกรัม ซึ่งมากกว่าน้ำที่ใช้พลังงานในการเปลี่ยนสถานะที่ 4.1 จูลต่อกรัม

ภาพวาดยาน MESSENGER ในวงโคจรของดาวพุธ โดยตัวยานได้ใช้สารพาราฟินเป็นของเหลวแลกเปลี่ยนความร้อนภายในตัวยานเพื่อไม่ให้อุปกรณ์ภายในตัวยานไหม้หรือเสียหายจากความร้อนของดวงอาทิตย์

NASA ก็มีการใช้สสารชนิดต่าง ๆ เพื่อดูดซับความร้อนไม่ให้ยานอวกาศหรือชุดอวกาศที่ใช้ภายนอกยานร้อนจนเกินไปจนเป็นอันตราย เช่น ยาน MESSENGER มีการใช้ขี้ผึ้งพาราฟิน (ขี้ผึ้งที่ใช้ในเทียนไขสังเคราะห์ปัจจุบัน) เป็นตัวดูดซับความร้อนจากดวงอาทิตย์ระหว่างที่ยานอวกาศสัมผัสกับแสงของดวงอาทิตย์โดยตรงในระยะทางที่ใกล้ดวงอาทิตย์มาก ๆ ในวงโคจรของดาวพุธ หรือการใช้สารทำความเย็นดูดซับความร้อนของดวงอาทิตย์ภายในสถานีอวกาศนานาชาติ

ภาพของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนของยานโอไรออนที่ทาง NASA กำลังพัฒนาร่วมกับบริษัท ThermAvant International LLC ภาพจาก NASA

แต่ถึงกระนั้นสารเหล่านี้ก็เป็นอันตรายกับมนุษย์หากมีการรั่วไหลของสารดูดซับความร้อนเหล่านี้ เช่น ไอของพาราฟินส่งผลให้เกิดการระคายเคืองต่อดวงตา ผิวหนัง และระบบหายใจ ดังนั้น NASA จึงพยายามหาสารดูดซับความร้อนชนิดใหม่ที่มีความปลอดภัยกับมนุษย์เพื่อมาใช้งานกับยานอวกาศขนส่งมนุษย์และภายในชุดนักบินอวกาศสำหรับการปฏิบัติภารกิจภายนอกยานหรือที่เรียกว่า ชุด EVA ซึ่งสารที่ใช้ในการดูดซับความร้อนนี้มาตรงกับผลิตภัณฑ์แก้วกาแฟเก็บความร้อนพอดี

ผลิตภัณฑ์แก้วกาแฟเก็บความร้อนนี้เป็นผลิตภัณฑ์ของบริษัท ThermAvant Technologies LLC ตัวมันไม่ใช่แก้วเก็บความร้อนสุญญากาศธรรมดา เพราะว่าเมื่อเราเทกาแฟร้อน (เดือด) ลงไปในแก้ว ตัวแก้วกาแฟจะดูดความร้อนออกจากน้ำกาแฟ ทำให้น้ำกาแฟเย็นลงเร็วกว่าปกติ โดยที่ความร้อนที่ถูกดูดไปจะถูกเก็บเข้าไปอยู่ภายในแก้วกาแฟ และเมื่ออุณหภูมิลดลงจนอยู่ในระดับที่อุ่น น้ำกาแฟย่อมมีการสูญเสียความร้อนเพิ่มเติมตามปกติ ตัวแก้วกาแฟก็จะค่อย ๆ คายความร้อนออกมา ทำให้น้ำกาแฟมีอุณหภูมิอุ่นได้ยาวนานกว่าแก้วกาแฟปกติ ซึ่งสิ่งที่เป็นกุญแจสำคัญสำหรับการเก็บความร้อนคือขี้ผึ้งที่สังเคราะห์จากสารสกัดจากถั่วเหลือง ซึ่งขี้ผึ้งนี้ปลอดภัยสำหรับมนุษย์ ดังนั้นจึงไม่ต้องกังวลหากเกิดการแตกหรือรั่วไหลของสารภายในแก้วใบนี้

นักบินอวกาศ Nicole Stott ในการทำภารกิจภายนอกยานกระสวยอวกาศเที่ยวบินที่ STS 128

นวัตกรรมขี้ผึ้งที่ผลิตจากถั่วเหลืองนี้กำลังเป็นที่จับตามองทั้งจาก NASA และกลุ่มอุตสาหกรรมการแพทย์ เนื่องจากสารที่สามารถดูดซับความร้อนนี้นอกจากจะไม่เป็นอันตรายกับมนุษย์แล้วยังมีสมบัติที่ดูดซับความร้อนได้ดีเยี่ยมเหมือนกับขี้ผึ้งพาราฟิน นั้นทำให้มันสามารถนำไปประยุกต์ใช้เป็นสารทำระบายความร้อนภายในยานอวกาศของ NASA อย่างยานโอไรออน และสารเหลวระบายความร้อนภายในชุดนักบินอวกาศสำหรับการใช้งานภายนอกยาน ซึ่งหากเกิดการรั่วไหลของสารระบายความร้อนเหล่านี้ก็จะยังปลอดภัยกับมนุษย์อีกด้วย

เรียบเรียงโดย จิรสิน อัศวกุล

🎧 อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS

ที่มาข้อมูล : NASA

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech

สรุปประเด็นให้โดย Generative AI

เมื่อ “แก้วกาแฟ” กำลังจะปฏิวัติ “ระบบระบายความร้อน” ยานอวกาศ