SHIIVER – nový pomocník NASA pro mrazivé teploty

Kosmické mise s sebou při startu nesou v nádržích kapaliny – ať už jde o pohonné látky, nebo součást systémů podpory života. Tyto kapaliny jsou mnohdy skladovány za kryogenních teplot v rozmezí od -150 do -252 °C. K tomu, aby se daly v případě potřeby využít, musí zůstat v chladu a kapalné. Jenže kosmické prostředí je nelítostné a především sluneční záření sondy a lodě ohřívá – při kryogenních teplotách skladované kapalné látky začínají vřít a přechází do plynného skupenství. NASA již delší dobu pracuje na projektu, který by pokud možno co nejvíce toto ohřívání eliminoval. Pomoci tomu může nová testovací nádrž s označením SHIIVER.

Výroba nádrže SHIIVER (Structural Heat Intercept, Insulation and Vibration Evaluation Rig)

Výroba nádrže SHIIVER (Structural Heat Intercept, Insulation and Vibration Evaluation Rig)
Zdroj: ttps://lh3.googleusercontent.com

Když se energie ze Slunce, ale i Země nebo dokonce Měsíce dostane do kryogenních nádrží s pohonnými látkami, tak kapalina musí tuto energii pohltit, což způsobuje její odpařování,“ popisuje Wesley Johnson, technický vedoucí správy kryogenních kapalin na Glennově středisku v Clevelandu a dodává: „Pohonná látka, která se vypaří, nemůže být raketou využita a klesá tak její efektivita.

Pro boj s vypařováním se speciální projektový tým od NASA s označením eCryo zaměřil na vývoj a následné vyhodnocení různých metod, které mají snížit ztráty odpařením, třeba i u pilotovaných misí. Pro zkoušky některých z těchto nových technologií v příhodném měřítku, tým postavil velkou nádrž na kryogenní pohonné látky. Její průměr činí 4 metry a označuje se jako SHIIVER (Structural Heat Intercept, Insulation and Vibration Evaluation Rig).

SHIIIVER v testovací termálně-vakuové komoře.

SHIIIVER v testovací termálně-vakuové komoře.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Nádrž SHIIVER dostala lesklou mnohovrstvou izolaci, ale také chladicí kanálky, které minimalizují průchod tepla do nitra nádrže. V útrobách zařízení je i radiofrekvenční hmotnostní měřidlo, což je specializovaný nástroj vyvinutý v Glennově středisku pro přesné měření úrovní tekutin v kosmickém prostoru. Správnou funkčnost toto měřidlo prokázalo nedávno na ISS.

V komoře ISP (In-Space Propulsion facility) se testovala i loď Crew Dragon.

V komoře ISP (In-Space Propulsion facility) se testovala i loď Crew Dragon.
Zdroj: https://www1.grc.nasa.gov/

SHIIVER je největší výzkumná nádrž, jakou kdy NASA postavila pro testy kryogenních technologií a pro ověření jejich škálovatelnosti, což je nezbytný aspekt pro přesun těchto kryogenních aplikací do kosmického prostoru,“ říká Hans Hansen, projektový manažer eCryo týmu na Glennově středisku. Na podzim roku 2019 provedli inženýři termálně-vakuové zkoušky nádrže SHIIVER. K testům použili komoru ISP (In-Space Propulsion facility) u střediska Plum Brook. Jejich cílem bylo ověřit, jak si povedou chladicí kanálky a mnohovrstvá izolace v podmínkách srovnatelných s kosmickým prostorem.

První vakuový test nám ukázal nadějné výsledky. Ukázalo se, že celková redukce tepla byla více než 55% ve srovnání se současnými návrhy systémů,“ uvedl Hansen a dodal: „Úbytek odpařováním se měnil podle množství kapaliny v nádrži, ale celkové výsledky byly pozitivní. Očekáváme výraznou redukci ztrát odpařováním.

Komora ISP (In-Space Propulsion facility)

Komora ISP (In-Space Propulsion facility)
Zdroj: https://www1.grc.nasa.gov/

Následně SHIIVER putoval do nejsilnější akustické testovací komory – Space Environments Complex, kde se simulovalo dynamické prostředí startu, namáhání nádrže a systémy pro řízení teploty, aby bylo jisté, že nové technologie přečkají start. Závěrečný vakuový test pak měl ověřit, jak si nové technologie poradily s předchozí akustickou zkouškou, tedy jestli i po ní fungují stejně dobře jako před ní. Tyto testy byly dokončeny v lednu a tým nyní hledá možnosti pro budoucí demonstraci nových technologií pro práci s kryogenními kapalinami v kosmickém prostoru.

Bylo by ale mylné se domnívat, že SHIIVER je jediný způsob, ve kterém NASA použitím špičkových technologií zlepšuje metody skladování kryogenních látek, aby byly energeticky úspornější a hmotnostně i cenově optimální. Jakmile budou tyto nové metody důkladně prověřeny, mohou se uplatit třeba při programu Artemis během výroby nádrží pro horní stupně rakety SLS. Možnosti jsou ale mnohem širší – od budoucích meziplanetárních tahačů, přes jaderné pohonné systémy až po kosmické „čerpací stanice“.

Přeloženo z:
https://www.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/grc-2019-c-08026.jpg
https://lh3.googleusercontent.com/…IGcwwbUogxVmqaxAg=s1200
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/grc-2019-c-10653.jpg
https://www1.grc.nasa.gov/wp-content/uploads/PLBRK_20180613_IMG_1711_02.jpg
https://www1.grc.nasa.gov/wp-content/uploads/2008_01245_M.jpg

Kontaktujte autora článku - hlášení chyb a nepřesností, rady, či připomínky

Hlášení chyb a nepřesnostíClose

Prosím čekejte...
Níže můžete zanechat svůj komentář.

8 komentářů ke článku “SHIIVER – nový pomocník NASA pro mrazivé teploty”

  1. athlo napsal:

    Doufám, že se nepletuN že takovéto zplešováky, které vyvine NASA jsou veřejným majetkem a může je používat každá společnost, i soukromá.

  2. Ivo napsal:

    Tento článek mi přijde poněkud kostrbatý, že by za tím být google translator?

    • Dušan Majer napsal:

      Nikoliv, překládal jsem jej sám. Která pasáž Vám přijde kostrbatá?
      P.S. Translator při tvorbě článků občas použiji, ale vždy jen na konkrétní výrazy, nikoliv na celé věty.

      • Ivo napsal:

        „Kosmické mise s sebou při startu nesou v nádržích kapaliny – ať už jde o pohonné látky, nebo součást systémů podpory života. Tyto kapaliny jsou skladovány za kryogenních teplot v rozmezí od -150 do -252 °C.“

        Takto obecně to není pravda, například RP1 by dávno zamrzl a pokud jde o hypergolická paliva, tak ty by taky dávno zmrzly. Doporučuji větu upravit.

        „Jenže kosmické prostředí je nelítostné a především sluneční záření sondy a lodě ohřívá – při kryogenních teplotách kapalné látky začínají vřít a přechází do plynného skupenství.“

        Co začíná vřít? Sondy a lodě? Ano, ale o to asi nejde. navíc pokračování vypadá jako by tyto látky začaly vřít při kryogenních teplotách, ale ony se při nich současně i skladují, takže je to matoucí byť je mi jasné jak jste to myslel.

        „Když se energie ze Slunce, ale i Země nebo dokonce Měsíce dostane do kryogenních nádrží s pohonnými látkami, tak kapalina musí tuto energii pohltit, což způsobuje její odpařování“

        Tohle zní taky velice divně byť v případě Američana bych i chápal, že to tahle skutečně mohl vyplodit.

        „Pro boj s vypařováním se speciální projektový tým od NASA s označením eCryo zaměřil na vývoj a následné vyhodnocení různých metod, které mají snížit ztráty odpařením u pilotovaných misí.“

        Proč jen u pilotovaných misí? Dalo by se přece využít u všech ne? Navíc sám na konci článku uvádíte: „Možnosti jsou ale mnohem širší – od budoucích meziplanetárních tahačů, přes jaderné pohonné systémy až po kosmické „čerpací stanice“.“

        „Ukázalo se, že celková redukce tepla byla více než 55%“

        Opět chápu co bylo myšleno, ale zní to hrozně a zde bych čekal správné označení oč vlastně běží. Nejste přece Blesk a spol.

        • Dušan Majer napsal:

          Díky za konkrétní pasáže. S dovolením se ke každému návrhu vyjádřím. Někde Vám dám za pravdu, někde ne.
          1) OK, dám tam mnohdy: Tyto kapaliny jsou MNOHDY skladovány za kryogenních teplot v rozmezí od -150 do -252 °C.
          2) Tady by se to asi dalo vyřešit slovem skladované: při kryogenních teplotách SKLADOVANÉ kapalné látky začínají vřít
          3) Tohle mi přijde v pořádku, to bych neměnil.
          4) OK, dám tam třeba i: které mají snížit ztráty odpařením TŘEBA I u pilotovaných misí.
          5) Tady si opět myslím, že je to v pořádku.

          Ale ještě jednou děkuji za postřehy a návrhy. Všechny tři pasáže okamžitě upravím.
          A ještě k tomu, že nejsme Blesk. To opravdu nejsme, ale jsme populárně-naučný web, který si dal za cíl, že bude přinášet informace pro co nejširší spektrum čtenářů. Není to vždy jednoduché. Nechceme vydávat jen odborné články, kde se laik stěží chytá. Ale nechceme dělat ani články jen pro začátečníky. Snažíme se skladbu témat i úrovně našich článků co možná nejlépe vybalancovat. Někdy vydáme odbornější článek, kdy je od laické části potřeba trochu shovívavosti. Jindy zase vydáme článek pro laiky, kdy naopak potřebujeme shovívavost od odborné části našich čtenářů.

  3. Pavelll napsal:

    Možná by stála za upřesnění ještě jedna věc. Ve článku je několikrát uvedeno, že při ohřívání nádrží se vodík částečně odpařuje a není tak pro lodě a sondy využitelný. Což je trochu zkratka a trochu zavádějící.

    Problém není v tom, že by plynný vodík nebyl využitelný (pro manévrovací trysky nebo palivové články nebo v některých případech i pro vlastní raketové motory by plynný vodík šel využít) – problém je v tom, že pokud ten odpařený vodík loď či sonda právě nepotřebuje a zůstával by v nádrži, tak by v ní stoupal tlak a hrozilo by její roztržení. Proto se odpouští. Pokud by nádrž byl masivnější (což obvykle není možné kvůli váze), tak by snesla výrazně větší množství odpařeného vodíku.

    Problém tedy není v tom, že by odpařenný vodík byl nevyužitelný, ale že zvyšuje tlak v nádržích a pokud to je nad povolenou mez, tak se musí odpouštět.

    p.s. V jistých situacích se odpařování vodíku a tím způsobené tlakování nádrží využívá pro vytlačování vodíku směrem k motorům.

Zanechte komentář

Chcete-li přidat komentář, musíte se přihlásit.