NASA тестує нову технологію зберігання палива для місій на Марс

Космічні місії покладаються на кріогенні рідини — надзвичайно холодні рідини, такі як рідкий водень та кисень, для систем руху та життєзабезпечення. Ці види палива необхідно зберігати при ультранизьких кріогенних температурах, щоб вони залишалися у рідкому стані. Однак сонячне нагрівання та інші джерела тепла збільшують швидкість випаровування рідини та спричиняють підвищення тиску в резервуарі для зберігання. Поточні методи зберігання вимагають випуску кріогенного палива у космос для контролю тиску в паливних баках.

Експеримент NASA Zero Boil-Off Tank Noncondensables (ZBOT-NC) є продовженням досліджень Zero Boil-Off, які збирають важливі дані для оптимізації систем зберігання палива для космічних місій. Експеримент буде запущено на борту двадцять третьої місії постачання компанії Northrop Grumman до Міжнародної космічної станції.

Навіть при багатошаровій ізоляції тепло неминуче просочується в резервуари кріогенного палива з навколишніх структур та космічного середовища, спричиняючи підвищення температури рідини та відповідне збільшення швидкості випаровування. У свою чергу, тиск всередині резервуара збільшується. Цей процес називається «википанням», а збільшення тиску в резервуарі називається «самонагнітанням».

Випуск надлишкового газу в навколишнє середовище або космос, коли відбувається цей процес, є вкрай небажаним і стає критично важливим під час тривалих подорожей. Якби члени екіпажу використовували поточні методи зберігання палива для багаторічної експедиції на Марс, усе паливо могло б бути втрачено через википання до завершення подорожі.

Експерименти NASA ZBOT досліджують активні методи контролю тиску для усунення марнотратного випуску палива. Зокрема, активний контроль через використання струминного змішування та інших технік оцінюється та тестується в серії експериментів ZBOT.

ZBOT-NC додатково вивчає, як некондесовані гази впливають на поведінку паливного резервуара, коли вони присутні в системах космічного апарата. Некондесовані гази не перетворюються на рідину в умовах роботи резервуара і можуть впливати на тиск у резервуарі.

Дослідження, яке проводиться з Дослідницького центру Гленна, працюватиме всередині рукавичкової камери мікрогравітаційних наук на борту космічної станції для збору даних про те, як некондесовані гази впливають на поведінку летких рідин у мікрогравітації. Це частина зусиль з розвитку технологій управління кріогенними рідинами та допомоги NASA краще зрозуміти поведінку рідин у умовах низької гравітації.

Дослідники вимірюватимуть тиск та температуру, вивчаючи, як ці гази змінюють швидкість випаровування та конденсації. Попередні дослідження показують, що гази створюють бар'єри, які можуть зменшити здатність резервуара підтримувати належний контроль тиску — потенційно серйозна проблема для тривалих космічних місій.

Дослідження безпосередньо підтримує місії на Марс та інші тривалі космічні подорожі, допомагаючи інженерам розробляти більш ефективні системи зберігання палива та майбутні космічні склади. Результати також можуть принести користь науковим інструментам на космічних телескопах та зондах, які покладаються на кріогенні рідини для підтримання надзвичайно низьких температур, необхідних для роботи.

Дослідження може покращити моделі конструкції резервуарів для медичних, промислових та енергетичних застосувань, які залежать від довгострокового кріогенного зберігання на Землі. Технології, розроблені для космічних місій, часто знаходять застосування в земних галузях, де необхідне зберігання рідин при екстремально низьких температурах.

Експеримент ZBOT-NC представляє важливий крок у розвитку технологій, необхідних для майбутніх місій на Марс та інших планет. Розуміння того, як некондесовані гази впливають на кріогенні системи в умовах мікрогравітації, допоможе інженерам створити більш надійні та ефективні системи зберігання палива для тривалих космічних подорожей.