Para a próxima geração de missões de exploração do espaço profundo da NASA, as naves espaciais podem precisar de reabastecer na órbita da Terra antes de avançarem para o sistema solar. Assim como uma bomba de gasolina precisa de um bico para caber em seu tanque de combustível, uma futura espaçonave pode exigir um dispositivo especial de reabastecimento antes da partida, conhecido como crioacoplador.

Os acopladores criogênicos permitiriam que as espaçonaves se conectassem a futuros depósitos de combustível orbitais, que serviriam como postos de gasolina no espaço. A tecnologia traz o desafio de transferir de forma confiável fluidos criogênicos ou superfrios sem perder propelente ou desempenho. Os combustíveis criogénicos, como o hidrogénio líquido e o oxigénio líquido, devem permanecer refrigerados a centenas de graus abaixo de zero Fahrenheit, impondo exigências rigorosas aos materiais, vedantes e mecanismos que os acionam.

“O reabastecimento criogênico em órbita entre duas espaçonaves ainda não foi realizado e continua sendo um dos desafios de engenharia mais difíceis em voos espaciais”, disse Travis Belcher, gerente de projetos de crioacopladores no Marshall Space Flight Center da NASA em Huntsville, Alabama. “Essas transferências de combustível são essenciais para os tipos de missões que a NASA deseja realizar no futuro, portanto, desenvolver um acoplador que possa lidar com combustível ultrafrio é um passo fundamental para criar essa capacidade”.

Montagens terrestres como aquelas usadas para abastecer o SLS (Sistema de Lançamento Espacial) para as missões Artemis não são uma opção para transferências de propulsores orbitais. Esses acoplamentos são liberados rapidamente quando o foguete é lançado e devem ser recolocados manualmente para o próximo vôo. Eles também não foram projetados para operar nas duras condições do espaço e são muito maiores do que seriam usados ​​para encher os tanques de combustível de uma espaçonave em órbita.

Para enfrentar esses desafios, a NASA testou um crioacoplador desenvolvido pela L3Harris.

“Os crioacopladores em que estamos trabalhando podem ser conectados e desconectados várias vezes e são totalmente automatizados, para que os astronautas não tenham que realizar uma caminhada espacial para transferir o propelente”, disse Belcher. “Eles são rigorosamente projetados para acomodar o espaço e as dimensões do projeto de tanque esperado.”

Uma equipe conjunta NASA-L3Harris conduziu recentemente dois tipos de testes na NASA Marshall. Para garantir que o crioacoplador pudesse suportar as temperaturas extremamente baixas às quais seria exposto, eles usaram nitrogênio líquido a menos 321 graus Fahrenheit através de múltiplas configurações conectadas e desconectadas para observar como o acoplador respondia à contração térmica, fluxo e diferenças significativas de temperatura entre o propelente e o material.

A equipe também submeteu o criospoiler a testes operacionais para determinar seus limites de desempenho. Nesta configuração, metade do acoplamento foi montada em uma mesa robótica que poderia se mover e girar em qualquer direção, permitindo simular um acoplamento desalinhado com a outra metade, que permaneceu estacionária acima da mesa. O crioacoplador foi projetado para acomodar algum desalinhamento no caso da espaçonave e do depósito não estarem perfeitamente alinhados durante a acoplagem.

“Esses crioacopladores estão no início do desenvolvimento, então os testes se concentram principalmente na funcionalidade básica”, disse Belcher. “Futuras campanhas de teste irão projetá-los para missões específicas e avaliá-los mais cuidadosamente com base nos requisitos dessa missão.”

O teste do criopoiler foi conduzido como parte do Anúncio de Oportunidade de Colaboração de 2022, uma parceria na qual os centros da NASA fornecem a empresas selecionadas experiência, instalações, hardware e software sem nenhum custo.

O Projeto de Portfólio de Gerenciamento de Fluidos Criogênicos, uma equipe interagências baseada na NASA Marshall e no Glenn Research Center da NASA em Cleveland, está supervisionando o desenvolvimento do crioacoplador.

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