Космические миссии используют криогенные жидкости — чрезвычайно холодные жидкости, такие как жидкий водород и кислород, — как для двигателей, так и для систем жизнеобеспечения. Эти виды топлива необходимо поддерживать при сверхнизких криогенных температурах, чтобы они оставались в жидком состоянии. Однако солнечный нагрев и другие источники тепла увеличивают скорость испарения жидкости и приводят к повышению давления в резервуаре для хранения.
Эксперимент NASA Zero Boil-Off Tank Noncondensables (ZBOT-NC)
Эксперимент NASA ZBOT-NC является продолжением исследований Zero Boil-Off и направлен на сбор важных данных для оптимизации систем хранения топлива в космических миссиях. Эксперимент будет запущен в рамках 23-й миссии по снабжению Международной космической станции, выполняемой компанией Northrop Grumman.
Даже при наличии многослойной изоляции тепло неизбежно проникает в криогенные топливные баки от окружающих конструкций и космической среды, вызывая повышение температуры жидкости и, соответственно, скорости испарения. В свою очередь, это приводит к повышению давления внутри бака. Этот процесс называется «выкипанием», а повышение давления в баке — «самогерметизацией».
Сброс избыточного газа в окружающую среду или в космос при возникновении этого процесса крайне нежелателен и становится критически важным при длительных путешествиях. Если бы члены экипажа использовали нынешние методы хранения топлива во время экспедиции на Марс продолжительностью несколько лет, всё топливо могло бы быть потеряно из-за выкипания до окончания поездки.
Эксперименты ZBOT
Эксперименты ZBOT исследуют активные методы контроля давления для устранения нецелесообразного сброса топлива. В частности, активное управление с помощью струйного перемешивания и других методов оценивается и тестируется в серии экспериментов ZBOT.
ZBOT-NC дополнительно изучает, как влияют на поведение топливного бака неконденсируемые газы (НКГ), когда они присутствуют в системах космических аппаратов. НКГ не превращаются в жидкость при рабочих условиях бака и могут влиять на давление в баке.
Исследование, проводимое в Исследовательском центре Гленна, будет проводиться внутри перчаточного бокса для микрогравитации на борту космической станции для сбора данных о том, как НКГ влияют на поведение летучих жидкостей в условиях микрогравитации. Это часть усилий по продвижению технологий управления криогенными жидкостями и помочь NASA лучше понять поведение жидкостей в условиях низкой гравитации.
Цель исследования
Исследователи будут измерять давление и температуру, изучая, как эти газы изменяют скорость испарения и конденсации. Предыдущие исследования показывают, что газы создают барьеры, которые могут снизить способность бака поддерживать надлежащий контроль давления — потенциально серьёзная проблема для длительных космических миссий.
Исследование напрямую поддерживает миссии на Марс и другие длительные космические путешествия, помогая инженерам разрабатывать более эффективные системы хранения топлива и будущие космические склады. Результаты могут также принести пользу научным приборам на космических телескопах и зондах, которые используют криогенные жидкости для поддержания крайне низких температур, необходимых для работы.
Исследование может улучшить модели проектирования баков для медицинских, промышленных и энергетических приложений, которые зависят от долгосрочного криогенного хранения на Земле.
Предоставлено NASA.