長期宇宙ミッションのための強力なストレージ技術に強み

宇宙ミッションの強力なストレージでの課題

長期にわたる宇宙ミッションのためのストーリングプロペラは、エンジニアリングハードルの複雑なセットを含みます。漏れや爆発を防ぐための明らかな必要性を超えて、スペース環境—マイクログラビティ、極端な熱循環、および高い放射線—によって特徴付けられる; 遠く離れたテロリストルのタンクを超えるソリューション。最も一般的な低温殺菌剤—液体水素(LH2)、液体酸素(LOX)、液体の損失(LH4)、および損失が少ない場合、その理由は、その場を完全に処理できません。

マイクログラビティ流体管理

マイクログラビティでは、液体の推進剤は、彼らが地球にそうするタンクの底に落ち着かしません。代わりに、表面張力は、予期しない流体分布を作成し、推進剤のエンジンを主演したり、スロッシュ誘発能力を引き起こすことができます。エンジニアは、前方分岐膀胱、ダイヤフラムタンクを開発し、安定した液体蒸気インターフェースを維持するために、予測不可能な流体分配システムを作成しています。最近の研究は、超音波や排ガスエンジンの低下や排ガスを発生させるための超音波や、または遠心分離機の回転または遠心分離機を発生させる。

熱管理とボイルオフ

パッシブマルチレイヤー断熱(MLI)でも、太陽放射と宇宙船の電子機器からの熱漏れが原因になります。典型的なLH2タンクは、低地球軌道での沸騰による1〜3%の質量を失います。機械式冷媒または熱電装置によって駆動されるアクティブ冷却システムは、それが推進能力に達する前に熱を介入することができます。ゼロボイルオフ(ZBO)システムは、閉鎖した冷房と組み合わせて、今は、ガスを排出し、地面に排出されると、冷却されるように、温度を低減します。

放射線被害とプロペラント劣化

宇宙線と太陽エネルギー粒子は、ストーブル・ハイパーゴリック・プロペラタン(例えば、水和物、MON)の複合炭化水素を分解し、原液中の放射線分解を誘発する可能性があります。 LH2およびLOXへの影響は最小限ですが、スラスターやランダーに使用されるストーラブル・プロペラは、ガス発生や粘度変化に苦しむことができます。高度なシールド複合シールドは、ポリマーやコンプレッサーを組み合わせるだけでなく、ポリマーを分解したり、水素を分解したり、エンジンをしたり、コンパクエントしたり、水素をしたりすることができます。

革新的なストレージ技術

近年、材料科学、熱工学、流体力学の進歩により、数十年前に非現実的と見なされた防腐剤貯蔵ソリューションが実現しています。これらの技術は、月、火星、および深層空間の目的地へのミッションを直接サポートしています。

低温流体管理(CFM)システム

NASAのCryogenic Fluid Managementプログラムは、断熱、アクティブ冷却、圧力制御、およびマイクログラビティでの推進を組み合わせる統合システムを開拓しています。キーブレークスルーは、熱力学的なベントシステム(TVS)の開発であり、液体を無駄にすることなくタンク圧力を制御するために少量のガスプロペラを解放します。 TVSの概念は、今後開催されるArtemisのミッションでテストされています。地球の日焼けをするには、温度を低下させる必要があります。

ゼロボイラーオフ低温タンク

ゼロボイルオフ(ZBO)技術は、一定の温度と圧力で液体を維持し、速度が等しいか、または熱漏れを上回る速度で推進剤から熱を抽出するために、クライオクーラーを使用しています。結果:プロペラはスペースに発明されていません。これまでにテストされた最大のZBOシステムは、MegaFlex Cryo]]])コンセプトであり、これは、プロペラ剤のデポの冷却剤のための20 kW-ポットを実証しました。冷却剤と抗原薬を冷却する場合には、MegaFlex Cryoと、または抗原薬を冷却する。

高度な複合タンク

複合圧容器(COPV)は、高圧ガス貯蔵(例えば、タンク加圧用ヘリウム)に長い間使用されてきました。現在、オールコンポジット低温タンクは、液体プロペランスのために資格があります。 SpaceXのスターシップは、ステンレス鋼構造を使用していますが、炭素繊維強化ポリマー(CFRP)タンクは、アルミニウムリチウム合金と比較して30〜40%の質量を削減する多くの研究が示されています。 [[FLT]:温度計:[F]:温度:温度:温度:温度:温度:温度:温度:湿度:湿度:温度:湿度:湿度:湿度:温度:湿度:湿度:湿度:湿度:湿度:湿度:湿度:湿度:温度:湿度:湿度:湿度:湿度:湿度:湿度:温度:湿度:湿度:湿度:湿度:湿度:湿度:湿度:湿度:湿度:湿度:湿度:湿度:湿度:湿度:湿度:湿度:湿度:湿度:温度:湿度:湿度:温度:+湿度:湿度:湿度:+湿度:湿度:湿度:温度:湿度:湿度:湿度:湿度:温度:温度:湿度:湿度:湿度:湿度:湿度:+湿度:湿度:湿度:湿度:湿度:湿度

磁気および静電プロペラント管理

マイクログラビティでは、磁気浮力は機械接触なしで推進剤を置くことができます。液体酸素は、パラ磁性であるため、強力な超伝導磁石は、LOXの滴や泡をトラップし、制御することができます。電気的に絶縁液(LH2、LCH4)のために、静電分野は偏光を誘発し、ダイレクトラメリシス力を作成することができます。これらの技術は、スロッシュを削減し、エンジンの取入口を簡素化し、スラストなしでタンク間の迅速な推進を有効にすることを約束します。

強力なデポと軌道燃料

地球からすべてのプロペラントを立ち上げるよりも、軌道のデポは、軌道に到達した後、宇宙船を燃料補給することができ、打ち上げ質量を大幅に削減し、高Δvミッションを有効にすることができます。コンセプトは、デポで数か月間、犯罪者を貯える能力に依存し、それらが受信車両に効率的に転送します。

実証ミッション

NASAのRapid[](Propellant In-orbit Demonstrationのアーキテクチャの調整)プログラムは、微小な結晶性プロペランスの微小な転送を実証するために、小さな衛星を開発しています。 []SpaceX Starshipアーキテクチャは軌道の給油に依存します。タンカーの変形は、液体の100トンまで転送し、それを汚染する前に、星の汚染をマージンに移行する必要があります。

転送中の熱管理

タンク間の循環型流体を空間に導入することで、二相流と熱の安定化が実現します。最近の研究では、ポンプレスの圧力供給システムと受信槽の活性冷間ダウンの組み合わせを使用して、フラッシュ蒸発を防止します。スプレーバーとインジェクタは、熱衝撃を避けるために、入って来る流体を条件します。 NASA Glenn Research Center]]]は、特殊な形状のノズルで慎重に設計された転送ラインが、最大で最大転送量を削減することができます。

月と火星のSituの強力なストレージ

長期ミッションは、地元リソース(ISRU)から推進物質を抽出します。月には、棒の水沈殿物は、水素と酸素に電解することができます。火星では、大気は、メタンや酸素に変換できる二酸化炭素を提供します。ほこり、温度の極端、および低重力による表面の気孔のこれらの推進剤を保管します。

月の豊富な貯蔵

月面は14日、気温が-180°Cに比べると、地球の昼の夜が続く。パッシブ・サーマル・コントロールは難しさがち、ゆでからLOXとLH2を保ち、活性クライオクーラーは、沸騰から冷やす必要があります。1つの革新的なコンセプトは、熱量として規制を使用しています。数メートルの月の土壌の下にあるタンクを埋め、マグニチュードを貫くと、必要な冷却力を削減します。Arts]の実験は、原爆乳を1回し、低温を1回し、低温を1回します。[FLT]

火星のプロペラントストレージ

マルティアンの雰囲気(95% CO2)は、固体酸化物電解を使用して処理し、酸素および二酸化炭素を生成することができます。しかし、その結果、液体酸素とメタンをマーズ周囲の圧力(約6 mbar)に格納するには、質量を最小限に抑えながら大きな圧力差に耐えることができるタンクが必要です。薄肉アルミニウムタンクは、内部のWebと複合オーバーラップを研究しています。もう一つのアプローチ:密な過度液体として推進剤を保管し、断熱材の量を減らし、タンクの要件を削減します。

今後の方向性・研究優先順位

宇宙機関や民間企業が地球軌道を超えて持続的な操作に向けるにつれて、推進力のあるストレージ技術は進化し続けています。次の10年間の主な分野は次のとおりです。

[]77K以上の動作温度スーパーコンダクタを高温超伝導で、ZBOシステムに必要な電力を削減します。
]自己治癒の複合タンク[を埋め込まれたマイクロカルスと熱循環によって引き起こされるマイクロひびを修復します。
推進スロッシュを予測し、センサー配列を使用してリアルタイムでタンク圧力を調整する自動流体管理AI
タンク壁や溶接部のピンホール漏れを識別できる、レーザーベースの漏れ検出。
タンク壁とラジエーターパネルを組み合わせ、質量を節約するために熱シールドを組み合わせる多機能構造[。

月と火星への乗組員ミッションだけでなく、外太陽系のロボティック探索にも重要なイノベーションで、預言者ストレージの期間が数か月間も延ばすでしょう。

コンテンツ

ここに概説されている防腐剤貯蔵技術の進歩は、長期宇宙ミッションのビジョンをエンジニアリング現実に変えています。ゼロボイルオフの低温学タンクから複合圧力容器および磁気流体管理まで、各ブレークスルーは、歴史的に限られたミッション期間を有する特定の故障モードをアドレスします。軌道内燃料とISRUシステムと組み合わせて、これらの技術は、マーズへの往復に必要なスペクトラムクラフトを運ぶことができ、恒久的なルナーデポスを確立し、最終的には星と次の宇宙船を検証します。宇宙船は、次の宇宙船の計画を検証します。