Космические полёты зависят от криогенных жидкостей — сверххолодных веществ, таких как жидкий водород и кислород, — используемых как для двигателей, так и для систем жизнеобеспечения. Для сохранения жидкого состояния топливо должно поддерживаться при сверхнизких криогенных температурах. Однако солнечное излучение и другие источники тепла ускоряют испарение жидкости и повышают давление в топливных баках. Существующие методы хранения требуют сброса криогенного топлива в космос для контроля давления.
Эксперимент NASA Zero Boil-Off Tank Noncondensables (ZBOT-NC) — продолжение исследований Zero Boil-Off, призванных оптимизировать системы хранения топлива для космических миссий. Эксперимент будет запущен на МКС в 23-м грузовом запуске корабля Northrop Grumman в середине сентября на ракете SpaceX Falcon 9 с мыса Канаверал во Флориде..
Даже с многослойной изоляцией тепло неизбежно проникает в криогенные топливные баки из окружающих конструкций и космической среды, вызывая повышение температуры жидкости и, соответственно, скорости испарения. В результате давление внутри бака возрастает. Этот процесс называется «кипением», а повышение давления в баке — «самопрессоризацией».
Сброс избытка газа в окружающую среду или космос при этом процессе крайне нежелателен и становится критически важным для длительных полётов. Если бы экипаж использовал современные методы хранения топлива для многолетней экспедиции на Марс, то всё топливо могло бы испариться до окончания путешествия.
Фото: Joe Acaba
Эксперименты NASA ZBOT исследуют методы активного контроля давления для предотвращения непроизводительного сброса топлива. В частности, в серии экспериментов ZBOT оцениваются и тестируются методы активного управления с использованием струйного смешения и других технологий.
ZBOT-NC дополнительно изучает влияние неконденсируемых газов (НКГ) на поведение топливного бака при их присутствии в космических системах. НКГ не превращаются в жидкость в рабочих условиях бака и могут влиять на его давление.
Исследование напрямую поддерживает миссии на Марс и другие длительные космические путешествия, помогая инженерам проектировать более эффективные системы хранения топлива и будущие космические депо. Результаты также могут быть полезны для научных приборов на космических телескопах и зондах, которые используют криогенные жидкости для поддержания экстремально низких температур, необходимых для работы.