NASA планирует испытывать новейшие технологии в сфере охлаждения. Криогенные жидкости помогут усовершенствовать космические аппараты, которые в будущем полетят к Луне и Марсу.
Криогенные жидкости
Криогенные технологии — это работа с криогенными жидкостями, то есть такими веществами, которые существуют в жидком состоянии между -150°С и абсолютным нулем (-273°С). К ним относятся жидкий водород, метан и кислород. Они жизненно важны для двигателей космических кораблей и систем жизнеобеспечения. В будущем их можно будет добывать на поверхности Луны и Марса с помощью технологии использования ресурсов на месте (ISRU).
Исследование человеком дальнего космоса требует хранения больших объемов криогенных жидкостей в течение недель, месяцев и дольше, а также их перемещения между космическими аппаратами или топливными складами на орбите и на поверхности. Каждый аспект этой деятельности является сложным, и до сих пор большие объемы криожидкостей хранились в космосе только в течение нескольких часов.
Инженеры, работающие в проекте NASA по управлению охлажденными веществами (Cryogenic Fluid Management, CFM) под руководством демонстрационных технологических миссий, решают эти проблемы в преддверии будущих полетов.
Вызовы криогенной техники
Чтобы криогенную жидкость можно было использовать, она должна оставаться в холодном жидком состоянии. Однако условия космических путешествий — движение под солнечным светом и длительное время пребывания в условиях низкой гравитации — затрудняют хранение вещества в жидком состоянии и определение его количества в баке.
Источники тепла в космосе — Солнце и отработанные газы космического корабля — создают горячую среду внутри и вокруг резервуаров для хранения, вызывая испарение или «кипение». Когда жидкость переходит в другое агрегатное состояние, она больше не может эффективно питать ракетный двигатель. Это также увеличивает риск утечки или, что еще хуже, разрыва баков.
Что же делает NASA?
Портфолио проектов NASA в области управления криогенными жидкостями (CFM) охватывает 24 разработки и инвестиции, направленные на уменьшение вскипания, улучшение измерений и совершенствование методов передачи жидкости в космические двигатели и спускаемые аппараты. В ближайшей перспективе запланировано четыре программы на Земле, околоземной орбите и, вскоре, на поверхности Луны.
В 2020 году NASA заключила четыре контракта с американской промышленностью. Партнерами стали Delta Space, Lockheed Martin, SpaceX и United Launch Alliance. Каждая компания планирует запустить соответствующую демонстрацию в 2024 или 2025 году, проведя многочисленные испытания с использованием жидкого водорода для проверки технологий и процессов.
Для улучшения измерений NASA разработала радиочастотные масомеры, которые позволяют точнее измерять объем жидкости в условиях низкой гравитации или низкой тяги. Инженеры проводят спектральный анализ содержимого бака космического корабля на протяжении всей миссии, сравнивая их с моделями криожидкости, чтобы точно определить остаток топлива.
По материалам phys.org
Только самые интересные новости и факты в нашем Telegram-канале!
Присоединяйтесь: https://t.me/ustmagazine
