NASA의 차세대 심우주 탐사 임무를 위해 우주선은 태양계로 향하기 전에 지구 궤도에서 연료를 보급해야 할 수도 있습니다. 가스 펌프에 연료 탱크에 맞는 노즐이 필요한 것처럼, 미래의 우주선에는 출발 전에 연료를 채우기 위해 극저온 플라스크라고 알려진 특수 장치가 필요할 수 있습니다.

극저온을 통해 우주선은 우주에서 주유소 역할을 할 미래의 궤도 추진제 저장소에 연결할 수 있습니다. 이 기술에는 추진제나 성능의 손실 없이 극저온 또는 극저온 유체를 안정적으로 운송해야 하는 과제가 있습니다. 액체 수소 및 액체 산소와 같은 극저온 추진체는 화씨 영하 수백도까지 냉각된 상태를 유지해야 하며, 이를 이동시키는 재료, 씰 및 메커니즘에 대한 엄격한 요구 사항이 적용됩니다.

앨라배마 주 헌츠빌에 있는 NASA 마샬 우주 비행 센터의 극저온 커플러 프로젝트 관리자인 Travis Belcher는 “두 우주선 사이의 궤도에서 극저온 연료 보급은 아직 이루어지지 않았으며 우주 비행에서 가장 어려운 엔지니어링 과제 중 하나로 남아 있습니다.”라고 말했습니다. “추진제 이동은 NASA가 미래에 수행하려는 임무 유형에 필수적이므로 극저온 추진제를 처리할 수 있는 커플러를 개발하는 것은 이 기능을 현실화하는 데 중요한 단계입니다.”

Artemis 임무를 위해 SLS(우주 발사 시스템)를 채우는 데 사용되는 것과 같은 지상 커플러는 궤도상 추진제 전송을 위한 옵션이 아닙니다. 이 커플러는 로켓 발사 중에 빠르게 해제되며 다음 비행을 위해 수동으로 다시 연결해야 합니다. 또한 가혹한 우주 환경에서 작동하도록 설계되지 않았으며 궤도를 도는 우주선의 연료 탱크를 다시 채우는 데 사용할 수 있는 것보다 훨씬 큽니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 NASA는 L3Harris가 개발한 극저온 커플링을 테스트했습니다.

“우리가 연구하고 있는 극저온 커플러는 여러 번 부착하고 분리할 수 있으며 완전 자동화되어 있어 우주비행사가 추진제를 운반하기 위해 우주 유영을 할 필요가 없습니다.”라고 Belcher는 말했습니다. “예상되는 캐비닛 디자인에 맞는 공간과 크기를 유지하도록 꼼꼼하게 설계되었습니다.”

NASA와 L3Harris 합동 팀은 최근 NASA Marshall에서 두 가지 유형의 테스트를 수행했습니다. 극저온 커플러가 노출될 극저온을 처리할 수 있는지 확인하기 위해 여러 개의 연결 및 별도 구성을 통해 화씨 -321도에서 액체 질소를 실행하여 커플러가 열 수축, 흐름 및 추진제와 물질 사이의 큰 온도 차이에 어떻게 반응하는지 관찰했습니다.

또한 팀은 성능 한계를 확인하기 위해 극저온 커플러에 대한 작동 테스트를 실시했습니다. 이 설정에서는 커플러의 절반을 어떤 방향으로든 움직이고 회전할 수 있는 로봇 테이블에 장착하여 테이블 위에 고정된 나머지 절반과 스큐 도킹을 시뮬레이션할 수 있었습니다. 극저온 냉각기는 우주선과 기지가 도킹 시 완벽하게 정렬되지 않은 경우 일부 정렬 오류를 수용하도록 설계되었습니다.

Belcher는 “이러한 극저온 커플러는 아직 개발 초기 단계에 있으므로 테스트는 대부분 기본 기능에 중점을 둡니다.”라고 말했습니다. “향후 테스트 캠페인에서는 특정 임무에 맞게 설계하고 해당 임무 요구 사항을 기반으로 보다 정확하게 평가할 것입니다.”

극저온 테스트는 NASA 센터가 선정된 회사에 전문 지식, 시설, 하드웨어 및 소프트웨어를 무료로 제공하는 파트너십인 2022년 협업 기회 발표의 일환으로 수행되었습니다.

NASA Marshall과 클리블랜드의 NASA Glenn 연구 센터에 기반을 둔 기관 간 팀인 극저온 액체 관리 포트폴리오 프로젝트는 극저온 커플러의 개발을 감독하고 있습니다.

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