Uzay görevleri, hem itiş hem de yaşam destek sistemleri için kriyojenik sıvılara – sıvı hidrojen ve oksijen gibi soğuk sıvılara – dayanır. Bu yakıtlar sıvı formda kalmak için ultra düşük kriyojenik sıcaklıklarda tutulmalıdır; Bununla birlikte, güneş ısıtma ve diğer ısı kaynakları, sıvının buharlaşma oranını arttırır ve depolama tankındaki basıncın artmasına neden olur. Mevcut depolama yöntemleri, yakıt tanklarındaki basıncı kontrol etmek için kriyojenik iticinin uzaya havalandırılmasını gerektirir.
NASA’nın Sıfır Kaynatma Tankı Yetkilendirmeleri (ZBOT-NC) deneyi, uzay görevleri için yakıt depolama sistemlerini optimize etmek için önemli verileri toplayan sıfır kaynatma çalışmalarının devamıdır. Deney, Northrop Grumman’ın Uluslararası Uzay İstasyonu’na 23. iktidar görevinde başlayacak.
Çok katmanlı yalıtımla bile, ısı kaçınılmaz olarak çevredeki yapılardan ve uzay ortamından kriyojenik yakıt tanklarına sızar, bu da sıvı sıcaklıkta bir artışa ve buharlaşma oranında ilişkili bir artışa neden olur. Buna karşılık, tankın içindeki basınç artar. Bu sürece “kaynatma” denir ve tank basıncındaki artışa “kendini basınç etme” denir.
Bu süreç meydana geldiğinde çevreye veya boşluğa fazla gaz havalandırması oldukça istenmeyendir ve genişletilmiş yolculuklarda kritik önem taşır. Mürettebat üyeleri bir yıl süren Mars keşif gezisi için mevcut yakıt depolama yöntemlerini kullandıysa, gezi bitmeden önce tüm itici kaynatılabilir.
NASA’nın ZBOT deneyleri, savurgan yakıt havalandırmasını ortadan kaldırmak için aktif basınç kontrol yöntemlerini araştırıyor. Spesifik olarak, jet karıştırma ve diğer teknikler kullanılarak aktif kontrol, ZBOT serisi deneylerde değerlendirilmekte ve test edilmektedir.
ZBOT-NC ayrıca, sınırsız gazların (NCG’ler) uzay aracı sistemlerinde mevcut olduğunda yakıt deposu davranışını nasıl etkilediğini incelemektedir. NCG’ler tankın çalışma koşulları altında sıvıya dönüşmez ve tank basıncını etkileyebilir.
Glenn Araştırma Merkezi’nden yönlendirilen araştırma, NCG’lerin mikro yerçekiminde uçucu sıvı davranışını nasıl etkilediğine dair veri toplamak için uzay istasyonunda mikro yerçekimi biliminin eldiveni içinde çalışacak. Kriyojenik sıvı yönetimi teknolojilerini ilerletme ve NASA’nın düşük-yerçekimi sıvı davranışını daha iyi anlamalarına yardımcı olma çabasının bir parçasıdır.
Araştırmacılar, bu gazların buharlaşmayı ve yoğuşma oranlarını nasıl değiştirdiğini incelerken basınç ve sıcaklığı ölçeceklerdir. Önceki çalışmalar, gazların, bir tankın uygun basınç kontrolünü sürdürme yeteneğini azaltabilecek bariyerler oluşturduğunu gösteriyor – bu, uzay görevleri için potansiyel olarak ciddi bir sorun.
Araştırma, mühendislerin daha verimli yakıt depolama sistemleri ve gelecekteki alan depoları tasarlamasına yardımcı olarak Mars görevlerini ve diğer uzun süreli alan seyahatlerini doğrudan desteklemektedir. Bulgular ayrıca, çalışma için gereken son derece düşük sıcaklıkları korumak için kriyojenik sıvılara dayanan uzay teleskopları ve problardaki bilimsel araçlara fayda sağlayabilir.
Araştırma, dünyada uzun süreli kriyojenik depolamaya bağlı tıbbi, endüstriyel ve enerji üretim uygulamaları için tank tasarım modellerini geliştirebilir.
