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.

Бортинженер Джо Акаба в американском лабораторном модуле «Дестини» на МКС настраивает оборудование для эксперимента ZBOT. 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.