Ağojenik Yakıt Transfer Sistemlerinin In-orbit Refueling

In-orbit refueling, yakın süreli bir operasyonel ihtiyaç için bir spekülatif konseptten uzaklaştırdı. Uyduların hizmet ömrünü uzatarak, yeniden kullanılabilir yörüngeli tugs ve derin uzaylı misyonların kombinasyonunu desteklemek için her şey, uzaydaki pervane yakıtların transfer etme yeteneğine bağlıdır - bu sıvı oksijeni ve sıvı metan - bu kimyasal pervanenin en yüksek özel dürtülerini yeniden ele alır.

Uzayda Ağojenik Perellants'in Benzersiz Fiziği

Ağojenik pervaneler, yaklaşık 20 K'daki sıvı oksijenin altında, bu sıcaklıklar ve yaklaşık 300 K'deki fark, atmosferin, termal radyasyon ve güneş ısıtmanın ısı yüküne hakim olan sabit bir ısıtımı yaratır. Sıvı hidrojen yaklaşık 20 K, sıvı oksijen 90 K, hipnoz ve sıvı metnağı arasındaki fark, bu sıcaklıklar ve yaklaşık 300 K'de fark, sürekli olarak soğuk bir depo tankının ısıtılması gereken bir ısı gradient yaratır.

Mikrogravity daha karmaşık konular. Dünya'da, yerçekimi ayrı sıvı ve buhar açıkça: Bir tankın alt kısmında sıvı toplar, üstte buhar. yörüngede, yüzey gerilimi ve bizcereme güçleri baskın hale gelir. pervanant yönetim cihazları (PMD Anlayışı) – tipik olarak vanes, süngerler veya ekranlar – bu fenomenler tank çıkışında güvenilir bir şekilde sıvı olamaz.

Anahtar Mühendisliği Challenges

Termal Yönetim ve Kaynar

Ağerojen pervanantın en ısrarlı kısmı ısıtılır. Aktif soğutma veya süper yalıtım olmadan, sıvı hidrojen tankları günde bir kaç tane kaynatabilir.For tasks alive grail israf-boil-off (ZBO)[BİLMİŞ)[BİLMİŞ) [MLI) Bu çok katmanlı yalıtım ile savaşıyor (MLI), buharlı kalkanlar, ve aktif ağartıcılar ZBO:0)ZBO-boil-off (ZBO)[D)[Dönetici) [FONT1 )

Leak Önleme ve Dürüstlüğü

Krigen sıvıları son derece düşük vizektomi ve yüksek buhar basıncına sahiptir, yani mikroskobik sızıntılar bile önemli bir pervanant kaybına neden olabilir. Seals büyük bir sıcaklık aralığı üzerinde çalışmalıdır - doldurma sırasında (veya daha yüksek) boş zaman - ve yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte, elastomerik O-rings ile birlikte özel bir sıcaklık bileşikleri ile çalışır. ”

Mikrogravity Management

Bir bağışçı tankından sıfır-G'de bir alıcı tanka sıvı-vapor arayüzüne dikkat edin.Eğer her iki tank da baskıyı eşitlemek için kullanılabilir, buhar sıvı fazlarını kirletebilir.[Döntilmiş transfer, donör tankları, helium veya uranyum tankları ile baskıya maruz kalmalı gaz, ve alıcı tankları) Dökezleyen bir alana kadar (DFLT:0capillary vanes)

Chill-down ve No-vent Fill

Sıvı transfer edilmeden önce, alınan tank ve transfer hatları, uzay sıcaklığından ağarıcı koşullara kadar soğutulmalıdır.Bu, sıvıyı tanıtmak ve flaşı serinlemek için yavaş yavaş yapılır.Rezervasyonda, bu tür sıvıların ısısına karşı ısıtılması, çünkü yakıtın altındaki sıvıların ısıtılması gerekir.) ve çünkü pervanenin tam bir tankta kalmasına neden olur.

Termal Yönetim ve Yalıtım Sistemleri

Uzayda bir kriyojenik depolama tankının tasarımı aslında termal bir mühendislik problemidir. Sıvı hidrojen için tipik bir tank ısıya sahip olabilir (VCS) ve yüksek çözünürlükte 10 kat daha önce kullanılan bir yüksek çözünürlükte depolanır veya kullanılır.

Zero-boil-off Teknolojileri

Sıfır-boil-off sistemleri, aktif bir kriocooler ile birlikte buharlı kalkanı tutmaz. Güç gereksinimleri önemli: 100 m3 sıvı hidrojen tankı (yaklaşık 7 ton) en kötü durumda güneş yükü 500-1000 W soğutmalı, 5-10 kW elektrik enerjisi talep eder.

Akışkanlar Transfer Mechanisms

Baskı-fes Transfer

En basit transfer yöntemi baskı kullanır: bağışçı tank, düşük basınçlı bir alıcı tankına geçiş çizgisi aracılığıyla sıvıyı zorlamak için bir inert gaz (genellikle helium) ile baskıya maruz kalır.

Pompa-fed Transfer

Yüksek akış transferleri için, elektrikli pompalar daha iyi kütle verimliliği sunar. Ağojenik pompalar, kalibre etmekten kaçınmak için dikkatli bir şekilde tasarlanmıştır: düşük net pozitif suksiyon başı (NPSH) mikrogravity pompada mühendisler genellikle tank içindeki pompayı yer alır, sıvıyaklı ağarmış ve motorlar ağarılır.Inducers ve impellers genellikle alüminyum veya titanyum alaşımlardan makineli.

Capillary ve Surface Ger Transfer

Aktif pompalar olmadan, sıvıyı sadece yüzey gerilimi kullanarak aktarmak mümkündür. Mikrogravity ortamında, bir sıvı slug bir sıcaklık gradient (thermocapillary akışı) veya iki yüzey arasında fark etmek mümkündür.

Otomasyon, Sensing ve Kontrol

Herhangi bir pratik yakıt kaynağı otomatik veya teleişman olmalıdır. Ağojenik transfer baskı, sıcaklık ve fazda hızlı değişiklikler içerir. Kontrol sistemi soğutma ayarını yönetmek gerekir, ısıtımı önlemek için dolum oranı gereklidir (veya doldurmaz) profil.

Gelişmiş kontrol algoritmaları, genellikle modelleme kontrole dayalı olarak (MPC), birçok valfi, pompaları ve ısıtıcıları transfer aşamasında koordine etmek için geliştirilir. tamamen bağımsız bir sistem de hata tespiti ve kurtarmayı ele alır, örneğin sıkı bir pompa veya pompa tezgah gibi. [MPC), Web Sitesi, yörünge tankları için otonom bir yakıt dağıtımını geliştirir.

Test ve Geçerlilik: Ground'dan Orbita

Güvenilir ağojenik transfer sistemleri, yörünge koşullarını tanımlayan ortamlarda kapsamlı bir test gerektirir. Parabolik uçak uçuşları (zero-G uçakları) 20-30 saniye mikrogravity, şeffaf test hücrelerinde sıvı davranışı incelemek için kullanışlıdır.The International Space Station has provided several experiment, including theur-Boil-Off Tank (ZBOT)).

Ancak, tam ölçekli bir yörünge gösterisi nihai geçerlilik olarak kalır.TheETHFLT:0)Tanker-001) görev konsepti (çok sayıda ticari şirket tarafından ortaya konulan) bir kriyojenik depolama alanı ve düşük Dünya yörüngesinde gerçekleşir - bu tür bir görev uçan uçaklara karşı geçerlidir.

Mevcut ve Future Uygulamaları

Uydu Life Extension

En acil uygulama, geostationary iletişim uydularını yeniden tedarik ediyor. Bu uydular genellikle 15 yıllık istasyon korumayı başarmış; yeniden yakıtlar, 5-10 yıl boyunca hayatını uzatabilir, yedekten kaçınamaz.Gerçek birojen geri çekilme servisi gerektirir.

Ay ve Mars Misyonları

Derin bir alan için, ağojenik rekıtlama dönüştürücüdür. Ay iniş görevi, Ay yörüngesine kuru bir arazi başlatabilir ve sonra büyük bir tek-prodüt mimarisine ihtiyaç duyacaktır. NASAÜcret:0)Artemis planı, Ay'ın gemisine bağlı olarak, Ay yörüngesinde bir sıvı toplayıcı sistemi (HLS) yeniden şarj edebilir.

Orbital Depots ve Uzay Tugs

Sürekli ağojenik depoları düşük Dünya yörüngesinde istasyona kadar "gaz istasyonları" uzay tugs için daha yüksek yörüngelere veya Ay'a kadar yüklenebilir.(Dörtücükler) yüksek performanslı ağocoolers ve sağlam bir fikre sahip olabilir. - böylesine depolar da dahil olmak üzere.

Ekonomik ve Stratejik Etkiler

Uzayın başlatılmasının ekonomisini yeniden yakıtlandırmaktadır. Şu anda, bir uydunun pervanant bütçesi başlatılır; tüm uzay aracı Dünya'dan kaldırılmıştır. yörüngede yeniden yakıt ile, uyduya ulaşmak için boş tanklarla (veya kısmen dolu) başlatılabilir ve tüm görev için gerekli olan yükleri azaltılabilir veya aynı rokete daha büyük bir yükleri sağlar.

Stratejik olarak, usta yörünge yeniden yakıt kullanan ülkeler, uzaydaki kalıcı varlıklar işletme yeteneğinde önemli bir avantaj elde ediyor. ABD Savunma Bakanlığı gelecekteki uzay güvenliği için kritik bir kapasite olarak tespit etti. Ticari operatörler, uzaya erişimin maliyetinin daha düşük olduğunu ve yeni iş modellerinin yok edilmesi ve on-veyabit montaj gibi izin veriyor.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Bugün uzaysal aydınlatmadaki en zorlu mühendislik zorluklarından birini temsil eden, mikrogravity sıvı davranışı, katı kütle ve güvenilirlik kısıtlamaları, ve otonom işletim sistemi için ihtiyaç, ancak NASA'nın Yıldızları'nın birçok parçası olan birkaç temel programdan biri olarak kanıtlanıyor.