NASA испытала технологию сжижения кислорода на Луне для производства ракетного топлива

Инженеры исследовательского центра NASA проводят испытания системы CryoFILL (Cryogenic Fluid In‑Situ Liquefaction for Landers), предназначенной для охлаждения и конденсации газообразного кислорода в жидкую форму. Технология относится к методам использования местных ресурсов (In‑Situ Resource Utilization, ISRU) и позволяет сократить массу полезной нагрузки при запуске с Земли, упростить конструкцию посадочных модулей и продлить сроки работы оборудования на поверхности планет.

Согласно официальным данным NASA, кислород — один из ключевых компонентов ракетного топлива — может добываться из водяного льда, который находится в постоянно затенённых кратерах на Луне. Однако извлечённый таким способом газ необходимо ожижить, и именно для этого предназначена CryoFILL.

Принцип действия

В основе системы лежит метод широкообластного охлаждения (Broad Area Cooling, BAC). Газообразный гелий или неон прокачивается через трубки, приваренные или припаянные к внешней поверхности топливного бака. Перед тем как отводить тепло от бака, BAC-газ предварительно охлаждается криокулером, что обеспечивает конденсацию поступающего в бак кислорода.

Для отвода тепла из системы экстракции кислорода используется криокулер, разработанный компанией Creare LLC в рамках программы NASA Small Business Innovation Research (SBIR). Устройство позволяет поддерживать температуру ниже –184 °C и уже приближено по конструктивному исполнению к бортовому оборудованию, предназначенному для использования в космических миссиях.

Результаты и перспективы

Проект CryoFILL — часть Портфеля управления криогенными жидкостями (Cryogenic Fluid Management Portfolio), в который входят более 20 технологических направлений под эгидой Управления космических технологий NASA. По словам руководителя проекта Эвана Расина, возможность производить и сжижать кислород непосредственно на Луне или Марсе позволит заправлять посадочные аппараты на поверхности, значительно сокращая количество топлива, которое необходимо доставлять с Земли.

«Если подумать, сколько топлива понадобится космическому кораблю, чтобы долететь до Марса и вернуться обратно, — это очень много. Если мы сможем производить и сжижать кислород на Луне или Марсе, то сможем заправлять посадочные аппараты прямо там, где они приземлились, сократив количество топлива, необходимое для запуска с Земли»,

— пояснил Эван Расин, руководитель проекта CryoFILL в NASA Glenn.

Ведущий инженер проекта Уэсли Джонсон отметил, что испытания проводятся с оборудованием, по конструкции и характеристикам близким к тому, что будет использоваться в реальных космических полётах, чтобы изучить поведение кислорода при конденсации в различных режимах и отработать автоматизацию дозаправки. «Мы проводим испытания на оборудовании, близком к лётному, чтобы увидеть, как сжижается кислород и как система реагирует на разные сценарии. Это важные шаги на пути к масштабированию и автоматизации будущей дозаправки прямо на месте», — отметил Уэсли Джонсон, ведущий инженер CryoFILL.

В течение трёх месяцев инженеры будут накапливать данные, валидировать тепловые компьютерные модели и определять возможности масштабирования технологии для более крупных систем.

Открытая статья, посвящённая технологии сжижения, опубликована в сборнике IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. CryoFILL может стать основой для создания устойчивых систем дозаправки на поверхности Луны и Марса, снижая стоимость миссий и повышая их автономность.

Фото: NASA/Jef Janis