NASA провело успешные испытания системы криогенного охлаждения, которая может стать ключевым элементом для реализации пилотируемой миссии на Марс. Без технологии активного охлаждения топливные баки корабля попросту опустеют задолго до завершения полёта, что поставит под угрозу всю экспедицию.
Проблема хранения топлива в космосе
Проекты по отправке астронавтов на Марс разрабатываются уже более 70 лет, и сегодня они становятся всё более реальными. Однако реализация таких миссий сталкивается с множеством технических сложностей. Одна из главных — обеспечение корабля необходимым количеством топлива на протяжении всей миссии туда и обратно.
Большинство современных космических аппаратов после запуска движутся по баллистическим траекториям, и им достаточно небольших корректировок, осуществляемых с помощью маломощных двигателей. Но пилотируемые миссии требуют гораздо больше ресурсов: как в плане мощности, так и времени.
Чтобы сократить длительность полёта и обеспечить жизнеспособность экипажа, необходимо использовать самые эффективные виды топлива — жидкий водород, кислород или метан. Все они являются криогенными жидкостями, требующими хранения при сверхнизких температурах:
- Водород: −252,9 °C
- Кислород: −183 °C
- Метан: −161,6 °C
Даже в условиях космического холода эти вещества имеют тенденцию к закипанию. Газообразные продукты испарения необходимо стравливать, чтобы избежать взрыва, что приводит к постепенной потере топлива.
Угроза потери топлива
Для краткосрочных миссий, например полёта на Луну, такие потери можно контролировать. Но для экспедиции на Марс, которая может длиться два года и более, ситуация становится критической.
По расчетам, бак на 38 тонн жидкого водорода, если он плохо изолирован, может терять до 16 тонн топлива в год. Это означает, что к моменту прибытия на Марс корабль окажется почти без горючего для обратного пути.
Чтобы справиться с этой проблемой, NASA запустило проект Cryogenic Fluid Management Portfolio, цель которого — создать эффективную систему активного охлаждения и теплоизоляции для долгосрочного хранения криогенных жидкостей.
В Центре космических полётов Маршалла (Хантсвилл, штат Алабама) инженеры NASA протестировали инновационную двухконтурную систему охлаждения, известную как tube-on-tank.
Система работает следующим образом:
- Первичный контур: трубы с жидким гелием, охлажденным до −253 °C, обвивают топливный бак, поддерживая низкую температуру непосредственно на поверхности резервуара.
- Вторичный контур: содержит гелий при −183 °C и расположен за теплоизоляцией и теплозащитным экраном. Этот слой блокирует поступление внешнего тепла.
Эта система позволяет сохранять топливо в переохлажденном состоянии неопределённо долго — при наличии электроэнергии для работы холодильных установок.
Разработка технологии «нулевых потерь» в хранении топлива открывает путь к более продолжительным и безопасным космическим миссиям. Новый подход позволит не только снизить вес корабля за счёт отсутствия необходимости в дополнительном запасе топлива, но и расширить возможности по исследованию Марса и других планет.
«Для успешных длительных миссий к Луне и Марсу необходимо снижать потери топлива. Двухконтурная система охлаждения позволяет хранить криогенные компоненты на протяжении длительного времени — как в пути, так и на поверхности планеты», — говорит Кэти Хенкел, исполняющая обязанности руководителя проекта.
