NASA måtte finne opp kaffekoppen på nytt

En kaffekopp er kanskje en av de mest vellykkede oppfinnelsene vi har. Vi fyller den med kaffe, løfter den til munnen og tar en slurk. Det fungerer så godt at de færreste av oss tenker over hvorfor, men svaret er enkelt: tyngdekraften.

Når NASA de neste årene sender astronauter til månen gjennom Artemis-programmet, og senere planlegger bemannede romferder til mars, blir plutselig kaffekoppen et ingeniørproblem. For hvordan drikker man egentlig kaffe uten tyngdekraft, når ingenting renner nedover?

• Les også: Hvordan drikker man kaffe i verdensrommet?

Små ritualer blir store i verdensrommet

Under de kommende romferdene skal astronautene oppholde seg på månen i lengre perioder, og de første reisene til mars kan vare i flere år. Da er det ikke nok å sørge for oksygen, mat og vann. Astronautene skal leve – ikke bare overleve.

Derfor forsker romorganisasjoner på hvordan små hverdagsrutiner kan bidra til trivsel og god psykisk helse under lange oppdrag. En kopp kaffe virker kanskje ubetydelig, men slike ritualer kan gi struktur, normalitet og et lite avbrekk i en hverdag som ellers består av de samme menneskene, de samme veggene og de samme arbeidsoppgavene.

Problemet var aldri å lage kaffen

Det høres kanskje rart ut, men det vanskeligste med romkaffe var aldri å brygge den. Det var koppen.

En vanlig kaffekopp fungerer bare fordi vi lever på en planet med tyngdekraft. Tyngdekraften holder kaffen i bunnen av koppen og sørger for at væsken renner mot leppene når vi løfter den.

I mikrogravitasjon skjer det motsatte. Kaffen trekker seg sammen til en flytende kule som kan løsne fra koppen og sveve rundt i romkapselen. En slik kaffedråpe er ikke bare upraktisk, men den kan også komme inn i elektronikk eller følsomt forskningsutstyr.

En astronaut savnet noe de fleste tar for gitt

I mange år drakk astronautene pulverkaffe fra lukkede poser med sugerør. Løsningen var trygg og praktisk, men ga lite av den kaffeopplevelsen vi kjenner fra jorden. Astronauten Don Pettit syntes derfor at noe manglet. En stor del av opplevelsen ligger i kaffens aroma, og når kaffen drikkes fra en lukket pose, forsvinner nesten hele denne opplevelsen.

Sammen med NASA-forskeren Mark Weislogel begynte han derfor å se på et spørsmål som nesten ingen andre hadde stilt: Hvordan lager man en kaffekopp som fungerer uten tyngdekraft?

Den første koppen ble laget av plast og teip

Det mest fascinerende er kanskje at Space Cup ikke startet som et stort NASA-prosjekt. Den første prototypen laget Don Pettit selv om bord på Den internasjonale romstasjonen. Med plastfilm og teip satte han sammen en enkel kopp med en smal kanal langs kanten. Idéen var ikke å lage verdens mest avanserte kaffekopp, men å undersøke om væsken kunne ledes mot munnen uten hjelp fra tyngdekraften. Forsøket fungerte, og tilbake på jorden tok Mark Weislogel og forskerteamet hans idéen videre.

De begynte ikke med å tegne en pen kopp. I stedet brukte de matematiske modeller for å forstå hvordan væsker beveger seg i mikrogravitasjon. Deretter laget de en lang rekke prototyper som ble testet, forkastet og forbedret. De eksperimenterte med ulike former, vinkler og innvendige hjørner før de fant geometrien som ga den mest stabile væskestrømmen. Den karakteristiske formen som eksisterer i dag, er derfor ikke et designvalg – den er resultatet av fysikk.

Koppen som lar fysikken gjøre jobben

Resultatet ble Space Cup. Ved første øyekast ser den nesten litt feil ut – den ene siden er høyere enn den andre, og langs kanten går en smal, spiss kanal. Men det er nettopp denne kanalen som er hele hemmeligheten.

Har du noen gang sølt kaffe på kjøkkenbenken og sett et tørkepapir trekke væsken til seg? Eller lurt på hvordan vann kan bevege seg helt opp til bladene på et tre? Det er de samme kreftene som er i arbeid her. Den smale kanalen trekker kaffen fremover helt av seg selv, på samme måte som et tørkepapir suger til seg væske. Fenomenet kalles kapillærkrefter.

Når kaffen helles i koppen, følger den den smale kanalen helt frem til kanten. Der kan astronauten drikke den, nesten på samme måte som hjemme på jorden. Det finnes ingen motor, ingen pumpe, ingen ventiler – bare en kopp med en geometri som lar fysikken gjøre hele jobben. Og det er kanskje det som er det mest elegante ved hele oppfinnelsen. Forskerne designet egentlig ikke en kopp, de designet en bane som væsken kunne følge. Koppen ble ganske enkelt formen som måtte til for at fysikken skulle gjøre resten.

En liten oppfinnelse med stor betydning

Space Cup gjorde mer enn å flytte kaffe; den gjorde det igjen mulig å kjenne lukten av nytraktet kaffe, som er en viktig del av hele kaffeopplevelsen. Når kaffe drikkes fra en lukket pose, forsvinner mye av det som gjør kaffe til kaffe. Med Space Cup kom opplevelsen tilbake.

Det kan høres ut som en bagatell, men på en romferd hvor hver dag ligner den forrige, kan slike små øyeblikk få uventet stor betydning. En kopp kaffe blir ikke bare en kilde til koffein, men et lite ritual som minner astronautene om livet hjemme på jorden.

En kaffekopp for Artemis-generasjonen

Vi forbinder gjerne romfart med enorme raketter, kraftige motorer og avanserte datamaskiner. Men når Artemis-programmet skal legge grunnlaget for lengre opphold på månen – og senere kanskje ferder til mars – må også de mest hverdagslige tingene fungere. Toaletter, dusjer, kjøkken – og kaffekopper.

Historien om Space Cup handler derfor om langt mer enn kaffe. Den viser at når mennesker flytter ut i verdensrommet, er det ikke bare rakettene som må utvikles på nytt. Selv de enkleste gjenstandene rundt oss er laget for en verden med tyngdekraft.

Har du lyst på en Space Cup selv? Det kan kjøpes på spaceware.co.

Kilder: ntrs.nasa.gov, patents.google.com, collectspace.com