Démonstration de charge-hold-vent (CHV) et de no-vent-fill (NVF) dans un réservoir de stockage de propulseur simulé lors du transfert cryogénique de réservoir à réservoir en microgravité

Résumé L'exploration spatiale depuis une orbite terrestre basse jusqu'à une orbite terrestre élevée, puis vers la Lune, Mars et éventuellement les astéroïdes et les lunes d'autres planètes est l'un des plus grands défis pour les scientifiques et les ingénieurs du nouveau millénaire. La mise en place de moteurs de fusée cryogéniques dans l'espace et de dépôts de carburant cryogénique en orbite terrestre basse (LEO) pour ces futures missions d'exploration spatiale habitées et robotiques commence par le développement technologique de systèmes avancés de gestion thermique et de fluides cryogéniques pour la ligne de transfert de propulseur et le système de réservoir de stockage. L'une des opérations clés de gestion thermique et de fluides est le refroidissement et le remplissage du réservoir de stockage de propulseur dans l'espace. En conséquence, des concepts révolutionnaires et très efficaces sur le plan énergétique pour l'extinction du transfert de chaleur afin de conserver et de minimiser la consommation de cryogène pendant le refroidissement sont devenus l'objet de recherches et de développements en ingénierie, en particulier pour la mission d'exploration spatiale lointaine vers Mars. Dans cet article, nous présentons de tels concepts de transport thermique et démontrons leur faisabilité dans l'espace pour le refroidissement et le remplissage des réservoirs de stockage de propulseur dans des conditions simulées de microgravité à bord d'un aéronef volant en trajectoire parabolique. Afin de maximiser l'efficacité thermique du refroidissement du réservoir de stockage avec le minimum de consommation de cryogène requise, les concepts révolutionnaires de transfert de chaleur développés incluent la combinaison de charge-hold-vent (CHV) et de no-vent-hold (NVF). Les expériences de vol réalisées ont démontré avec succès la faisabilité des concepts et ont découvert que le refroidissement par pulvérisation combiné avec le maintien et l'évent est plus efficace que le simple refroidissement par pulvérisation pour le refroidissement du réservoir de stockage en microgravité. En microgravité, les données montrent que l'efficacité thermique du CHV peut atteindre 39,5 %. L'efficacité du CHV en microgravité est inférieure de 6,9 % à celle en gravité terrestre. Nous avons également constaté que le pulsage de la pulvérisation peut augmenter l'efficacité du CHV de 6,1 % en microgravité.