Les missions spatiales reposent sur des fluides cryogéniques – des liquides extrêmement froids comme l'hydrogène liquide et l'oxygène – pour les systèmes de propulsion et de vivant. Ces carburants doivent être conservés à des températures cryogéniques ultra-bas pour rester sous forme liquide; Cependant, le chauffage solaire et d'autres sources de chaleur augmentent le taux d'évaporation du liquide et provoquent une augmentation de la pression du réservoir de stockage. Les méthodes de stockage actuelles nécessitent de ventiler le propulseur cryogénique dans l'espace pour contrôler la pression dans les réservoirs de carburant.
L'expérience du réservoir d'ébullition zéro de la NASA (ZBOT-NC) est la continuation d'études d'ébullition zéro recueillant des données cruciales pour optimiser les systèmes de stockage de carburant pour les missions spatiales. L'expérience sera lancée à bord de la 23e mission de réapprovisionnement de Northrop Grumman à la Station spatiale internationale.
Même avec l'isolation multicouche, la chaleur s'infiltre inévitablement dans les réservoirs de carburant cryogénique des structures environnantes et de l'environnement spatial, provoquant une augmentation de la température liquide et une augmentation associée du taux d'évaporation. À son tour, la pression à l'intérieur du réservoir augmente. Ce processus est appelé «ébullition» et l'augmentation de la pression du réservoir est appelée «auto-pression».
La ventilation de l'excès de gaz vers l'environnement ou l'espace lorsque ce processus se produit est très indésirable et devient critique de mission sur les voyages prolongés. Si les membres de l'équipage utilisaient des méthodes de stockage de carburant actuelles pour une expédition de Mars de plusieurs années, tout le propulseur pourrait être perdu pour faire bouillir avant la fin du voyage.
Les expériences ZBOT de la NASA étudient les méthodes de contrôle de la pression active pour éliminer la ventilation de carburant inutile. Plus précisément, le contrôle actif grâce à l'utilisation du mélange de jet et d'autres techniques est en cours d'évaluation et testée dans la série d'expériences ZBOT.
ZBOT-NC étudie en outre comment les gaz non condensables (NCG) affectent le comportement du réservoir de carburant lorsqu'ils sont présents dans les systèmes de vaisseau spatial. Les NCG ne se transforment pas en liquide dans les conditions de fonctionnement du réservoir et peuvent affecter la pression du réservoir.
L'enquête, qui est dirigée par le Glenn Research Center, fonctionnera à l'intérieur de la boîte de gants de la science de la microgravité à bord de la station spatiale pour recueillir des données sur la façon dont les NCG affectent le comportement des liquides volatils en microgravité. Cela fait partie d'un effort pour faire progresser les technologies de gestion des fluides cryogéniques et aider la NASA à mieux comprendre le comportement de liquide à faible gravité.
Les chercheurs mesureront la pression et la température lorsqu'ils étudient comment ces gaz modifient les taux d'évaporation et de condensation. Des études antérieures indiquent que les gaz créent des barrières qui pourraient réduire la capacité d'un réservoir à maintenir un bon contrôle de pression – un problème potentiellement grave pour les missions spatiales prolongées.
La recherche soutient directement les missions Mars et autres voyages dans l'espace de longue durée en aidant les ingénieurs à concevoir des systèmes de stockage de carburant plus efficaces et de futurs dépôts spatiaux. Les résultats peuvent également bénéficier aux instruments scientifiques sur les télescopes spatiaux et les sondes qui reposent sur des fluides cryogéniques pour maintenir les températures extrêmement basses nécessaires pour le fonctionnement.
L'enquête pourrait améliorer les modèles de conception de réservoirs pour les applications médicales, industrielles et d'énergie qui dépendent d'un stockage cryogénique à long terme sur Terre.
