NASA Nghiên Cứu Duy Trì Nhiên Liệu Ở Nhiệt Độ Thấp và Áp Suất Ổn Định với Thí Nghiệm Zero Boil-Off Trên Chuyến Bay NG-23
Nhóm biên tập khoa học NASA | 10/9/2025
Khi Nhiên Liệu Lạnh Trở Nên Quá Nóng
Các sứ mệnh không gian phụ thuộc vào các chất lỏng siêu lạnh – như hydro lỏng và oxy lỏng – để phục vụ cả hệ thống đẩy và hệ thống hỗ trợ sự sống. Những nhiên liệu này phải được giữ ở nhiệt độ cực thấp để duy trì trạng thái lỏng. Tuy nhiên, nhiệt từ Mặt trời và các nguồn nhiệt khác làm tăng tốc độ bay hơi của chất lỏng, dẫn đến tăng áp suất trong bồn chứa. Phương pháp lưu trữ hiện tại buộc phải xả một phần nhiên liệu vào không gian để giảm áp suất trong bồn.
Thí nghiệm Zero Boil-Off Tank Noncondensables (ZBOT-NC) là phần tiếp nối của chuỗi nghiên cứu Zero Boil-Off, thu thập dữ liệu quan trọng nhằm tối ưu hóa hệ thống lưu trữ nhiên liệu cho các sứ mệnh không gian. Thí nghiệm này sẽ được phóng lên Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS) trên chuyến tiếp tế lần thứ 23 của Northrop Grumman.
Ngay cả khi đã có lớp cách nhiệt nhiều lớp, nhiệt vẫn không thể tránh khỏi việc thấm vào bồn chứa từ cấu trúc xung quanh và môi trường không gian, làm tăng nhiệt độ của chất lỏng và tốc độ bay hơi, khiến áp suất trong bồn tăng lên. Quá trình này được gọi là “boil-off” (bay hơi) và sự tăng áp suất được gọi là “self-pressurization” (tự tăng áp).
Việc xả khí thừa ra ngoài không gian là điều không mong muốn và có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến các sứ mệnh kéo dài. Nếu sử dụng phương pháp lưu trữ hiện tại cho một chuyến thám hiểm sao Hỏa kéo dài nhiều năm, toàn bộ nhiên liệu có thể sẽ bị mất trước khi hành trình kết thúc.
Các thí nghiệm ZBOT của NASA đang nghiên cứu các phương pháp kiểm soát áp suất chủ động để loại bỏ tình trạng phải xả nhiên liệu lãng phí. Cụ thể, họ đang đánh giá và thử nghiệm phương pháp điều khiển bằng trộn tia (jet mixing) và các kỹ thuật khác trong loạt thí nghiệm ZBOT.
Vấn Đề Kiểm Soát Áp Suất
ZBOT-NC nghiên cứu sâu hơn về cách các loại khí không ngưng tụ (NCG) ảnh hưởng đến hành vi của bồn nhiên liệu khi xuất hiện trong hệ thống tàu vũ trụ. NCG không hóa lỏng ở điều kiện hoạt động của bồn và có thể tác động đến áp suất.
Nghiên cứu do Trung tâm Nghiên cứu Glenn của NASA dẫn đầu, được tiến hành trong Microgravity Science Glovebox (hộp thí nghiệm khoa học trong môi trường vi trọng lực) trên ISS để thu thập dữ liệu về cách NCG ảnh hưởng đến hành vi của chất lỏng dễ bay hơi trong môi trường không trọng lực. Đây là một phần trong nỗ lực nâng cao công nghệ quản lý chất lỏng siêu lạnh và giúp NASA hiểu rõ hơn về hành vi chất lỏng trong vi trọng lực.
Các nhà nghiên cứu sẽ đo áp suất và nhiệt độ trong khi nghiên cứu cách các loại khí này làm thay đổi tốc độ bay hơi và ngưng tụ. Các nghiên cứu trước đó cho thấy các loại khí này tạo ra rào cản có thể làm giảm khả năng duy trì kiểm soát áp suất của bồn – một vấn đề nghiêm trọng tiềm tàng cho các sứ mệnh dài hạn.
Lợi Ích Đối Với Thám Hiểm Không Gian
Nghiên cứu này trực tiếp hỗ trợ các sứ mệnh sao Hỏa và các chuyến du hành dài ngày, giúp kỹ sư thiết kế hệ thống lưu trữ nhiên liệu hiệu quả hơn và các kho nhiên liệu trong không gian trong tương lai. Phát hiện này cũng mang lại lợi ích cho các thiết bị khoa học trên kính viễn vọng vũ trụ và các tàu thăm dò cần duy trì nhiệt độ cực thấp để hoạt động.
Lợi Ích Đối Với Con Người
Nghiên cứu có thể cải thiện mô hình thiết kế bồn chứa cho các ứng dụng y tế, công nghiệp và sản xuất năng lượng trên Trái Đất, nơi cần lưu trữ cryogenic dài hạn.
