NASAs neste generasjons dypromoppdrag kan kreve at romfartøyer fyller drivstoff i jordens bane før de går lenger inn i solsystemet. I likhet med hvordan bensinpumper krever dyser som passer inn i drivstofftankene deres, kan fremtidige romfartøyer trenge spesielle enheter kjent som kryokoblinger for å fylle dem med drivstoff før avgang.
Den kryogene koplingen vil tillate romfartøyet å koble seg til et fremtidig orbitalt drivmiddeldepot som vil tjene som en bensinstasjon i verdensrommet. Denne teknologien innebærer utfordringen med pålitelig transport av kryogene eller kryogene væsker uten tap av drivmiddel eller ytelse. Kryogene drivmidler, som flytende hydrogen og flytende oksygen, må forbli avkjølt til hundrevis av grader Fahrenheit, noe som stiller strenge krav til materialene, tetningene og mekanismene som beveger dem.
«Kryogen tanking i bane mellom to romfartøyer har ennå ikke blitt utført og er fortsatt en av de vanskeligste tekniske utfordringene i romfart,» sa Travis Belcher, prosjektleder for kryogenkobling ved NASAs Marshall Space Flight Center i Huntsville, Alabama. «Denne drivmiddelbevegelsen er avgjørende for den typen oppdrag NASA ønsker å fly i fremtiden, så å utvikle en kobling som kan håndtere kryogene drivgasser er et viktig skritt for å gjøre denne muligheten til virkelighet.»
Bakkebaserte koblinger, slik som de som brukes til å fylle Space Launch System (SLS) for Artemis-oppdraget, er ikke et alternativ for orbital drivmiddeloverføring. Disse koplingene kobles raskt fra under rakettoppskyting og må kobles til manuelt igjen for neste flytur. De er heller ikke designet for å operere i det tøffe rommiljøet og er mye større enn de som brukes til å fylle drivstofftankene til romfartøyer i bane.
For å møte disse utfordringene testet NASA en kryogenkobling utviklet av L3Harris.
«Kryokobleren vi jobber med kan feste og løsne flere ganger og er helautomatisert, noe som eliminerer behovet for astronauter å utføre romvandringer for å levere drivstoff,» sa Belcher. «Den er strengt designet for å tåle plassen og størrelsen til den forventede tankdesignen.»
Et felles team fra NASA og L3Harris gjennomførte nylig to typer tester på NASA Marshall. For å sikre at den kryogene koblingen kunne håndtere de ekstremt lave temperaturene den ville bli utsatt for, kjørte de flytende nitrogen ved minus 321 grader Fahrenheit gjennom flere til- og frakoblingskonfigurasjoner for å observere hvordan koblingen reagerte på termisk sammentrekning, strømning og betydelige temperaturforskjeller mellom drivmidlet og materialet.
Teamet satte også kryokobleren gjennom operasjonell testing for å bestemme ytelsesgrensene. I dette oppsettet ble den ene halvdelen av koplingen montert på et robotbord som kunne flyttes og roteres i alle retninger for å simulere feiljustert dokking med den andre halvparten festet på bordet. Kryokobleren er utformet for å imøtekomme noe feiljustering hvis romfartøyet og lageret ikke er perfekt på linje når de er dokket.
«Disse kryokoblerne er i de tidlige stadiene av utviklingen, så testing er for det meste fokusert på grunnleggende funksjonalitet,» sa Belcher. «I fremtidige testkampanjer vil vi designe det for spesifikke oppdrag og evaluere det mer grundig i henhold til kravene til det oppdraget.»
Kryokoblertesten ble utført som en del av 2022 Collaboration Opportunity Announcement, et partnerskap der NASA-sentre vil tilby ekspertise, fasiliteter, maskinvare og programvare uten kostnad til utvalgte selskaper.
The Cryogenic Fluid Management Portfolio Project, et tverretatlig team basert på NASA Marshall og NASAs Glenn Research Center i Cleveland, overvåker utviklingen av den kryogene kobleren.
For å lære mer om behandling av kryogen væske, besøk: