NASA Cryocoupler mahdollistaa orbitaalisen tankkauksen

NASAn Cryocoupler tuo orbitaalisen tankkauksen ulottuville

Kuvittele avaruusalus liukumassa viereen orbitaalisen tankin luo, suutin ojentuu kuin bensapumppu hidastuskuvassa. Ei astronautteja köysissä rungon reunalla. Ei vaarallisia avaruuskävelyitä. Tämä kuva on lähempänä todellisuutta viimeaikaisen testin jälkeen, jossa kokeiltiin uutta laitetta, jonka lempinimi on Cryocoupler, ja jonka NASA on kehittänyt yhteistyössä L3Harrisin kanssa.

Cryocoupler on suunniteltu liittämään avaruusaluksia orbitaalisiin polttoaineasemiiin ja siirtämään kriogeenisia propulsantteja, kuten nestemäistä vetyä ja nestemäistä happea, ilman vuotoja. Näitä nesteitä on säilytettävä satoja asteita nollan alapuolella Celsius-asteikolla, joten jokaisen komponentin on kestettävä äärimmäinen kylmyys ja toistuva lämpöshokkisyklitys. Marshallin avaruuslentokeskuksen NASA-projektipäällikkö tiivisti asian selkeästi: "Kriogeenisten propulsiineiden siirto kiertoradalla on edelleen yksi vaikeimmista insinöörihaasteista, joita kohtaamme."

Suutin, joka voi muuttaa tehtäväsuunnittelua

Insinöörit altistivat Cryocouplerin laajalle valikoimalle lämpö- ja käyttötesteja. Kylmävirtaustarkastusta varten he ohjasivat nestetyppiä noin -196,1 Celsius-asteessa yhdistettyihin ja irrotettuihin kokoonpanoihin mitatakseen, miten materiaalit ja tiivisteet reagoivat, kun lämpötila laskee äärimmäisesti. Lämpötilan aiheuttamat kutistumis- ja laajenemistekijät ovat ratkaisevia. Metalli- ja komposiittiosat kutistuvat eri nopeuksilla, ja vähäinenkin yhteensopimattomuus voi avata vuotoreitin tai jumittaa liitoksen.

Simuloidakseen todellisia telakoitumistilanteita tutkijat kiinnittivät toisen liittimen puolikkaan robottipöytään, joka aiheutti tahallista vääräasentoa ja liikettä. Avaruudessa kohtaamiset eivät ole usein täydellisiä. Relatiivinen liike, epätäydellinen kohdistus ja tärinä ovat normaalia. Robottirakenne testasi, voisiko Cryocoupler sopeutua näihin epätäydellisyyksiin samalla kun se säilyttää tiiviin ja vuotamattoman siirron.

Toisin kuin maapohjaiset liittimet, joita käytetään esimerkiksi Artemis-laukaisujärjestelmässä ja jotka usein vaativat manuaalista kytkentää tai astronautin apua, tämä laite toimii autonomisesti. Tämä suunnitteluratkaisu poistaa tarpeen vaarallisille avaruuskävelyille tankkauksen aikana ja lyhentää kiertorataoperaatioiden aikataulua. Yksikkö on optimoitu avaruuden ankaraan tyhjiöön, säteilyyn ja lämpötilavaihteluihin.

Tällä hetkellä testit keskittyvät ydintoiminnallisuuksiin. Cryocoupler on vielä varhaisessa kehitysvaiheessa, ja insinöörit odottavat lisäparannuksia tehtäväkohtaisiin tarpeisiin. Tulevissa versioissa käsitellään pitkäaikaissäilytystä, eristysparannuksia ja integrointia orbitaalisiin tankkausarkkitehtuureihin, kuten polttoaineladinoihin ja uudelleenkäytettävien ajoneuvoverkostoihin.

Jos laitetta skaalataan ja lennätetään, orbitaalinen tankkaus voisi muuttaa tehtäväsuunnittelua. Avaruusalukset voisivat laukaisuhetkellä kuljettaa vähemmän polttoainetta, pidentää tehtäviä Matalan Maan radan ulkopuolella ja tukea kuunportaalin logistiikkaa tai kaukaisia avaruusmatkoja. Se on tekninen askel kohti kestävää ja uudelleenkäytettävää infrastruktuuria avaruudessa.

Tällä hetkellä Cryocoupler on lupaava prototyyppi. Testit osoittavat, että fysiikka on hallittavissa. Insinöörityössä on vielä tehtävää. Mutta kuva aluksista ajautumassa pumppuun kiertoradalla ei ole enää tieteistarua.