Спутники и различные автоматизированные станции, работающие в космосе, в качества топлива обычно используют не очень эффективную и крайне токсичную пару компонентов: гидразин и тетраоксид азота. Этот вид топлива удобен тем, что оба его компонента остаются в жидкой форме в очень широком диапазоне температур, а потому легко могут храниться в космосе годами. Однако в ракетах и разгонных блоках часто применяют более эффективное криогенное топливо: керосин-жидкий кислород, в котором охлаждения требует только окислитель, либо жидкий водород и жидкий кислород. Наибольшее количество трудностей связано именно с водородом, который переходит в жидкое состояние только при -253⁰ C.

Больше всего пользы водород приносит на верхних ступенях ракет, где тяга уже менее важна, либо в разгонных блоках, т. е. уже в космическом пространстве (стоит помнить, что у западных ракет это, зачастую, одно понятие, и именно верхняя ступень ракеты отвечает за доставку космического аппарата на высокую орбиту либо отлетную траекторию). Продолжительность работы разгонного блока может составлять от нескольких часов до нескольких суток, и все это время водород должен сохраняться в жидком виде.

В безвоздушном пространстве температура может опускаться до -270⁰ C, но это не означает, что поддерживать низкую температуру топливных баков легко. Они легко нагреваются от воздействия Солнца и работы бортовых систем космического аппарата. При нагревании водород (а также, конечно, и кислород) превращается в газ и «уходит» наружу сквозь стенки бака.

Для того, чтобы замедлить этот процесс, применяют сложные охлаждающие установки, однако долговременное хранение криогенного топлива в космосе до сих пор остается нерешенной проблемой. В верхних ступенях американских ракет ее обычно обходят путем избыточной заправки, в которую изначально заложена потеря части горючего. Но это не поможет, если мы ставим себе целью использовать водород в дальних космических путешествиях.

Недавно в Центре космических полетов НАСА им. Маршалла в Хантсвилле (Алабама) начались испытания инновационного устройства по хранению жидкого водорода с нулевым выкипанием, разработкой которого занимается НАСА. Несмотря на громкое название, это устройство представляет собой всего лишь двухступенчатую систему активного охлаждения.

Демонстрационный аппарат выполнен в формате «трубы в баке». В нем находятся два криогенных охладителя. На внешней стороне водородного бака закреплены трубки, в которых циркулирует гелий с температурой -253⁰ C. Бак обернут многослойным теплоизоляционным покрытием, между слоями которого установлен тонкий алюминиевый теплозащитный экран. В экран интегрирован второй набор трубок, по которым пропускается гелий при температуре около -183⁰ C. Этот дополнительный охлаждающий слой перехватывает и отводит поступающее тепло до того, как оно достигнет бака, снижая тепловую нагрузку на основную систему.

Предполагается, что двухступенчатая система позволит полностью исключить утечки и использовать водород в длительных перелетах, например, к Луне и Марсу. Экспериментальный топливный бак был установлен на испытательном стенде в начале июня, а вся испытательная кампания займет 90 дней и завершится в сентябре.

• < Назад
• Вперёд >