Modern uzay görevleri, yakıtın uzay aracında depolanması sorunuyla karşı karşıyadır. Kriyojenik yakıt kullanımı ve güneşin tanklar üzerindeki sürekli termal etkisi, başarılı uzun mesafeli uzay uçuşlarını tehlikeye atıyor. Şu anda uzay aracına yakıt ikmali yapacak bir altyapı yok. Yakıtın kriyojenik durumda depolanması gerektiği ve depolandığı tankların güneş ışınımının termal etkilerine maruz kaldığı göz önüne alındığında, Mars’a uçuş için yeterli yakıt toplamak mümkün değildir. NASA bu sorun üzerinde çalışıyor ve yakın zamanda bazı araştırmalarının ayrıntılı bir özetini yayınladı.
Çoğu görevde yakıt olarak kriyojenik hidrojen ve oksijen kullanılır. Ancak depolandığı tanklar sürekli güneş radyasyonuna maruz kalması nedeniyle ısınır. Atmosfer eksikliği nedeniyle bu ısının dağıtılması mümkün değildir, bu da yakıtın kaynamasına ve yakıtın bir kısmının kaybolmasına neden olabilir. Isıtma meydana geldiğinde, yakıt kaynamaya başlar ve görev mühendisleri, yakıtın geri kalanının daha hızlı ısınması için potansiyel bir ortam olarak bırakmak yerine, gaz halindeki yakıtı uzaya fırlatmayı tercih ederler.
Ortaya çıkan yakıt, yalnızca bir yıl içinde Mars’a yapılacak bir görev için gereken yakıtın yarısına ulaşabilir. Sonuç olarak, yakıtın uzayda depolanmasına yönelik mevcut teknolojilerin kullanılması, Mars’a uçuşları imkansız hale getiriyor. Ancak sıfır kaynama (ZBO) veya azaltılmış kaynama (RBO) sistemleri gibi alternatif çözümler de mevcuttur. Bu sistemler, tank basıncını korumak ve büyük yakıt kayıplarını önlemek için “aktif” süreçleri kullanır. “Aktif” bir sürecin aktif olarak kontrol edilmesi gerekir ve genellikle belirli miktarda enerji gerektirir. ZBO sistemleri özellikle iki teknolojik fikre dayanmaktadır: jet yakıtı karıştırma ve damlama enjeksiyon teknolojisi.
Jet karıştırmada yakıtın bir kısmı, faz değişikliklerini kontrol etmek için buhar boşluğuna geri karıştırılır. Damlamalı enjeksiyon sistemi, yakıt damlacıklarını buhar bölgesine enjekte etmek ve basıncı azaltmak için özel tipte bir atomizer kullanır. Ancak bu süreçleri mikro yerçekimi koşullarında gerçekleştirmek kendi zorluklarını da beraberinde getiriyor çünkü uzayda damlacık oluşumu ve sıvıların karışması Dünya’daki gibi gerçekleşmiyor. Bu nedenle NASA, bu süreçleri daha iyi anlamak için ISS üzerinde deneyler yürütüyor.
2017 yılında ISS’de jetlerin mikro yerçekimi koşullarındaki davranışlarını değerlendiren ZBOT-1 deneyi başlatıldı. Ancak 30 testten sonra bile bu sistemlerin mikro yerçekiminde nasıl çalıştığına dair hala tam bir anlayış mevcut değil. Davranışları Dünya’da olağan olanlardan farklı olmasına rağmen yine de fizik kanunlarına uyuyorlar. Ek deneyler ZBO sistemlerini nasıl daha iyi kullanacağınızı öğrenmenize yardımcı olacaktır.
Diğer iki deney bu konuyu daha derinlemesine anlamayı amaçlıyor. Bunlardan biri olan ZBOT-NC Experiment’in 2025 yılında ISS’ye fırlatılması gerekiyor. Mikro yerçekiminin, yakıt deposu içindeki basıncı kontrol etmek için kullanılabilecek “yoğunlaşamayan gazlar” üzerindeki etkilerini inceleyecek. Gözlemsel veriler aynı zamanda sıvı ve gaz akışını (CFD) simüle etmek ve analiz etmek için kullanılan bilgisayar modellerinde de kullanılabilir. Bu, bilim adamlarının modelin mikro yerçekimindeki gerçeklikten nasıl farklı olduğunu daha iyi anlamalarını sağlayacak.
Bu nedenle NASA, Mars’a uçuşlara izin verecek uzayda yakıt depolama sistemleri geliştirme olasılığını aktif olarak araştırıyor. ISS’de yapılacak deneyler, uzun uzay uçuşlarında basıncı korumak ve yakıt kaybını önlemek için kullanılan teknolojilerin geliştirilmesine yardımcı olacak.
Serideki son test damlacıkların fazının değiştirilmesine ayrılacak. Üçünün bu en iddialı testi olan ZBOT-DP, daha önce mikro yerçekimi ortamlarında kullanılmamış teknolojiyi test etmek için tasarlandı. Ana odak noktası, mikro yerçekimi koşulları altında aşırı ısıtılmış tank duvarları da dahil olmak üzere damlacıkların çevre ile etkileşiminin incelenmesi olacaktır. Bu, yakıtın kaynamasını önleyecek tamamen işlevsel bir damlama ve aktif kontrol sisteminin geliştirilmesine yol açabilir.
ZBOT-DP testi için henüz planlanmış bir tarih yok. Önümüzdeki yıllarda planlanan insanlı Artemis gibi görevler için bu teknolojinin önemi göz önüne alındığında, bu deneylerin başarıyla tamamlanması ve ZBO donanımlı bir yakıt tankının geliştirilmesi ve test edilmesi NASA için yüksek bir öncelik olmalıdır.