Cuando se lancen las misiones de exploración del espacio profundo, como las futuras misiones de Artemisa de la NASA a la Luna, llevará líquidos con ellas como combustible y sistemas de soporte vital. Estos líquidos se almacenan a temperaturas criogénicas, que oscilan entre -243 y -423 grados Fahrenheit, y para ser utilizables, deben permanecer fríos y en estado líquidos. Pero a medida que el ambiente extremo del espacio calienta una nave espacial, los combustibles comienzan a evaporarse o "hervir".

"A medida que la energía del Sol, la Tierra e incluso la Luna afecte a los tanques de propulsión criogénicos, el líquido tiene que absorber esa energía, la que hace que hierva", explica Wesley Johnson, director técnico de gestión de fluidos criogénicos en el Centro de Investigación Glenn de la NASA en Cleveland . "Cualquier propelente que se evapore no puede ser utilizado por el cohete y disminuye la eficiencia del cohete".

Para combatir la ebullición, el equipo del proyecto eCryo de la NASA está evaluando una serie de tecnologías destinadas a reducir las pérdidas de ebullición para las misiones de exploración humana. Para probar algunas de estas nuevas tecnologías a una escala relevante, el equipo construyó un gran tanque de propulsión criogénica, que tiene unos 4 metros de diámetro, llamado SHIIVER, o plataforma de evaluación estructural de intercepción de calor, aislamiento y vibración.

SHIIVER tiene aislamiento reflectante multicapa, así como canales de enfriamiento de vapor que minimizan el calor que ingresa al tanque de almacenamiento. También utiliza un medidor de masa de radiofrecuencia, una herramienta especializada diseñada en Glenn para medir con precisión los niveles de fluidos en el espacio. El medidor se probó recientemente en la Estación Espacial Internacional.

"SHIIVER es el tanque de investigación más grande que la NASA ha construido para probar tecnologías criogénicas, y demostrar la escalabilidad es un aspecto crítico de la infusión en aplicaciones de propulsores criogénicos en el espacio", dijo Hans Hansen, gerente de proyectos de eCryo en Glenn.

En el otoño de 2019, los ingenieros de la NASA realizaron pruebas de vacío térmico en SHIIVER dentro de las instalaciones de propulsión en el espacio (ISP) ubicadas en la Estación Plum Brook de la NASA para evaluar los beneficios del enfriamiento por vapor y el rendimiento del aislamiento multicapa para condiciones en el espacio.

"La primera prueba de vacío mostró resultados prometedores, demostrando una reducción de calor total de más del 55% en comparación con los diseños actuales del sistema", dijo Hansen. "La reducción de la ebullición varió según la cantidad de líquido en el tanque, pero en general, los resultados han sido positivos y estamos viendo una reducción significativa en la ebullición".

El equipo de SHIIVER también utilizó la cámara de prueba acústica más poderosa del mundo en el Complejo de Entornos Espaciales para simular un entorno de lanzamiento dinámico, haciendo hincapié en las características de administración térmica y del tanque para asegurarse de que sean capaces de sobrevivir al lanzamiento.

La prueba final de vacío, que evaluó cómo sus sistemas de gestión térmica resistieron las pruebas acústicas, se completó en Enero. El equipo ahora está buscando posibles oportunidades para demostrar tecnologías clave de gestión de fluidos criogénicos en el espacio.

SHIIVER es solo una de las formas en que la NASA está mejorando las tecnologías de almacenamiento de propulsores criogénicos de vanguardia, haciéndolas más energéticas, masivas y rentables. Una vez comprobadas, estas tecnologías podrían usarse para futuras misiones de Artemisa, incluidos los grandes tanques de combustible en la etapa superior del Sistema de Lanzamiento Espacial (SLS), los sistemas de propulsión térmica nuclear, los futuros vehículos de transferencia de Marte y los depósitos de combustible criogénico.

Imagen superior: El tanque SHIIVER se encuentra dentro de la cámara de vacío de la instalación de propulsión en el espacio en la estación Plum Brook de la NASA. El tanque fue sometido a temperaturas extremas del espacio para garantizar que las nuevas tecnologías en SHIIVER mantuvieran los propulsores en el interior frío y en estado líquido.