NASA'nın yeni nesil derin uzay keşif görevleri için uzay araçlarının, Güneş Sistemi'ne daha ileri gitmeden önce Dünya yörüngesinde yakıt ikmali yapması gerekebilir. Tıpkı bir benzin pompasının deponuza uygun bir nozula ihtiyaç duyması gibi, geleceğin uzay araçları da kalkıştan önce yakıt almak için özel bir cihaza ihtiyaç duyacak. Bu cihaza kriyojenik bağlantı elemanı (kryocoupler) adı veriliyor.
Kriyojenik bağlantı elemanları, uzay araçlarının gelecekteki yörünge yakıt depolarına bağlanmasını sağlayacak. Bu depolar, uzayın benzin istasyonları olarak hizmet verecek. Teknolojinin en büyük zorluğu ise kriyojenik, yani aşırı soğuk sıvıları kayıpsız ve performans düşüşü olmadan aktarabilmek. Sıvı hidrojen ve sıvı oksijen gibi kriyojenik yakıtların yüzlerce derece sıfırın altında kalması gerekiyor. Bu durum, yakıtı taşıyan malzemeler, contalar ve mekanizmalar üzerinde büyük bir baskı oluşturuyor.
NASA'nın Alabama'daki Marshall Uzay Uçuş Merkezi'nde kriyojenik bağlantı elemanı proje yöneticisi Travis Belcher, "İki uzay aracı arasında yörüngede kriyojenik yakıt ikmali henüz yapılmadı ve uzay uçuşunun en zorlu mühendislik sorunlarından biri olmaya devam ediyor" dedi. Belcher sözlerine şöyle devam etti: "Bu yakıt transferleri, NASA'nın gelecekte uçurmak istediği türden görevler için hayati önem taşıyor. Bu nedenle aşırı soğuk yakıtları işleyebilecek bir bağlantı elemanı geliştirmek, bu kabiliyeti hayata geçirmek için kritik bir adım."
Artemis görevleri için SLS'yi (Uzay Fırlatma Sistemi) doldurmakta kullanılan yer tabanlı bağlantı elemanları, yörüngedeki yakıt transferleri için bir seçenek değil. Bu bağlantı elemanları roket fırlatılırken hızla ayrılıyor ve bir sonraki uçuş için manuel olarak yeniden bağlanması gerekiyor. Ayrıca uzayın zorlu koşullarında çalışmak üzere tasarlanmadıkları gibi, yörüngedeki bir uzay aracının deposunu doldurmak için gerekenden çok daha büyükler.
NASA bu zorlukların üstesinden gelmek için L3Harris tarafından geliştirilen bir kriyojenik bağlantı elemanını test etti. Belcher, "Üzerinde çalıştığımız kriyojenik bağlantı elemanları birden çok kez takılıp çıkarılabiliyor ve tamamen otomatikleştirilmiş durumda. Böylece astronotların yakıt transferi için uzay yürüyüşü yapmasına gerek kalmayacak" ifadelerini kullandı. "Bu cihazlar uzay koşullarına dayanacak şekilde titizlikle tasarlandı ve beklenen depo tasarımlarına uygun boyutlandırıldı."
NASA ve L3Harris'ten oluşan ortak ekip, Marshall'da iki tür test gerçekleştirdi. İlk olarak kriyojenik bağlantı elemanının maruz kalacağı aşırı soğuk sıcaklıklara dayanıp dayanamayacağını kontrol etmek için, eksi 321 derece Fahrenheit'teki sıvı nitrojeni birden çok bağlı ve ayrılmış konfigürasyonda akıttılar. Bu sayede bağlantı elemanının termal büzülmeye, akışa ve yakıt ile malzemeler arasındaki büyük sıcaklık farklarına nasıl tepki verdiğini gözlemlediler.
Ekip ayrıca kriyojenik bağlantı elemanını performans sınırlarını belirlemek için operasyonel testlere tabi tuttu. Bu düzenekte bağlantı elemanının bir yarısı, her yönde hareket edip dönebilen robotik bir masaya monte edildi. Bu sayede masanın üzerinde sabit kalan diğer yarıyla yanlış hizalanmış kenetlenme simüle edildi. Kriyojenik bağlantı elemanı, bir uzay aracı ile deponun kenetlenme sırasında tam olarak aynı hizada olmaması durumunda oluşabilecek bu tür yanlış hizalanmaları tolere edecek şekilde tasarlandı.
Belcher, "Bu kriyojenik bağlantı elemanları geliştirme aşamasının çok başında. Bu nedenle testler çoğunlukla temel işlevselliğe odaklanıyor" dedi. "Gelecekteki test kampanyaları, bunları belirli görevler için tasarlayacak ve o görevin gereksinimlerine göre daha titiz bir değerlendirme yapacak."
Kriyojenik bağlantı elemanı testleri, 2022 yılında duyurulan bir İş Birliği Fırsatı Duyurusu kapsamında gerçekleştirildi. Bu ortaklıkta NASA merkezleri, seçilmiş şirketlere ücretsiz olarak uzmanlık, tesis, donanım ve yazılım sağlıyor.
NASA Marshall ve Cleveland'daki Glenn Araştırma Merkezi'nde bulunan kurumlar arası bir ekip olan Kriyojenik Akışkan Yönetimi Portföy projesi, kriyojenik bağlantı elemanı geliştirmeyi yönetiyor.
