Dans le vide de l'espace, où les températures peuvent plonger à -455 ° F, il peut sembler que garder les choses froides serait facile. Mais la réalité est plus complexe pour préserver les propulseurs de liquide ultra-froid – ou le carburant – qui peuvent facilement surchauffer les systèmes embarqués, le rayonnement solaire et l'échappement des vaisseaux spatiaux. La solution est une méthode appelée gestion du liquide cryogénique, une suite de technologies qui stocke, transfère et mesurent des fluides super froids pour la surface de la lune, de Mars et de futures missions de vol spatial de longue durée.
Des fluides super froids ou cryogéniques comme l'hydrogène liquide et l'oxygène liquide sont les propulseurs les plus courants pour l'exploration spatiale. Malgré son environnement effrayant, l'espace a un effet « chaud » sur ces propulseurs en raison de leurs points d'ébullition faibles – environ -424 ° F pour l'hydrogène liquide et environ -298 ° F pour l'oxygène liquide – en les dépassant à risque.
Dans une manifestation première de son genre, les équipes du Marshall Space Flight Center de la NASA à Huntsville, en Alabama, testent une approche innovante pour permettre un stockage à ébullition zéro d'hydrogène liquide en utilisant deux étapes de refroidissement actif qui pourraient empêcher la perte de propulseur précieux.
« Les technologies de réduction de la perte de propulseur doivent être mises en œuvre pour des missions de longue durée réussies dans un espace profond comme la Lune et Mars », a déclaré Kathy Henkel, directrice par intérim du projet de portefeuille de gestion des fluides cryogénique de la NASA, basé à la NASA Marshall. « Le refroidissement à deux étapes empêche la perte de propergol et permet un stockage à long terme des propulseurs, que ce soit en transit ou à la surface d'un corps planétaire. »
La nouvelle technique, connue sous le nom de refroidissement « tube sur réservoir », intègre deux cryocoolers ou dispositifs de refroidissement, pour maintenir le propulseur froid et contrecarrer plusieurs sources de chaleur. L'hélium, refroidi à environ -424 ° F, circule à travers des tubes fixés à la paroi extérieure du réservoir de propulseur.
Les équipes ont installé le réservoir de propulseur dans un stand de test à la NASA Marshall début juin, et la campagne de test de 90 jours devrait se terminer en septembre. Le réservoir est enveloppé dans une couverture d'isolation multicouche qui comprend un bouclier thermique en aluminium mince installé entre les couches. Un deuxième ensemble de tubes, transportant de l'hélium à environ -298 ° F, est intégré dans le bouclier. Cette couche de refroidissement intermédiaire intercepte et rejette la chaleur entrante avant qu'elle n'atteigne le réservoir, ce qui facilite la charge de chaleur sur le système de tube sur le tanque.
Pour éviter une accumulation de pression dangereuse dans le réservoir du propulseur dans les systèmes de vols spatiaux actuels, les vapeurs de bouilons doivent être évacuées, entraînant la perte de carburant précieux. L'élimination de ces pertes de propergols est cruciale pour le succès des missions les plus ambitieuses de la NASA, y compris les futurs voyages d'équipage vers Mars, ce qui nécessitera de stocker de grandes quantités de propulseur cryogénique dans l'espace pendant des mois ou même des années. Jusqu'à présent, les carburants cryogéniques n'ont été utilisés que pour des missions de moins d'une semaine.
« Pour aller sur Mars et avoir une présence durable, vous devez préserver les cryogènes pour une utilisation en tant que propulseur Rocket ou Landder », a déclaré Henkel. «Les roquettes contrôlent actuellement leur propulseur par marge, où les chars plus grands sont conçus pour contenir plus de propergols que ce qui est nécessaire pour une mission.
« La perte de propulseur n'est pas un problème avec de courts voyages car la perte est prise en compte dans cette marge. Mais, les missions d'exploration humaine à Mars ou à des séjours plus longues auront besoin d'une approche différente en raison des très grands chars qui seraient nécessaires. »
