Ingenieros del Centro de Vuelos Espaciales Marshall de la Nasa en Huntsville, Alabama, y ​​de L3Harris realizan pruebas operativas en un crioacoplador en desarrollo, una tecnología vital para el reabastecimiento de combustible en órbita de futuras naves espaciales.

Para la próxima generación de misiones de exploración del espacio profundo de la Nasa, las naves espaciales podrían necesitar repostar en órbita terrestre antes de adentrarse más en el sistema solar. De forma similar a como una bomba de gasolina necesita una boquilla para el depósito de combustible, las futuras naves espaciales podrían requerir un dispositivo especial, conocido como crioacoplador, para repostar antes del despegue.

Los crioacopladores permitirían que las naves espaciales se conectaran a futuros depósitos orbitales de propulsor, que funcionarían como estaciones de servicio espaciales. Esta tecnología presenta el desafío de transferir fluidos criogénicos, o superfríos, de forma fiable sin perder propulsor ni rendimiento. Los propulsores criogénicos, como el hidrógeno líquido y el oxígeno líquido, deben mantenerse a cientos de grados bajo cero Fahrenheit, lo que impone exigencias estrictas a los materiales, sellos y mecanismos que los transportan.

«El reabastecimiento criogénico en órbita entre dos naves espaciales aún no se ha realizado y sigue siendo uno de los mayores desafíos de ingeniería en los vuelos espaciales», declaró Travis Belcher, director del proyecto de acopladores criogénicos del Centro de Vuelos Espaciales Marshall de la Nasa en Huntsville, Alabama. «Estas transferencias de propulsor son esenciales para las misiones que la Nasa planea realizar en el futuro, por lo que desarrollar un acoplador capaz de manejar propulsores ultrafríos es un paso fundamental para hacer realidad esta capacidad».

Los acopladores terrestres, como los que se usan para repostar el SLS (Sistema de Lanzamiento Espacial) en las misiones Artemisa, no son una opción para la transferencia de propulsor en órbita. Estos acopladores se sueltan rápidamente durante el lanzamiento del cohete y deben reconectarse manualmente para el siguiente vuelo. Además, no están diseñados para operar en el entorno hostil del espacio y son mucho más grandes que los que se usarían para repostar el tanque de combustible de una nave espacial en órbita.

Para hacer frente a estos desafíos, la Nasa probó un crioacoplador desarrollado por L3Harris. «Los crioacopladores en los que estamos trabajando pueden acoplarse y desacoplarse varias veces y son totalmente automáticos, por lo que los astronautas no tendrán que realizar una caminata espacial para transferir el propulsor», dijo Belcher. «Están diseñados rigurosamente para resistir las condiciones del espacio y dimensionados para los diseños de tanques previstos».

Un equipo conjunto de la Nasa y L3Harris realizó recientemente dos tipos de pruebas en el Centro Marshall de la Nasa. Para garantizar que el crioacoplador pueda soportar las temperaturas extremadamente bajas a las que estará expuesto, hicieron pasar nitrógeno líquido a -321 grados Fahrenheit a través de múltiples configuraciones conectadas y desconectadas para observar cómo reacciona el acoplador a la contracción térmica, el flujo y las diferencias significativas de temperatura entre el propulsor y los materiales.

El equipo también sometió el crioacoplador a pruebas operativas para determinar sus límites de rendimiento. En esta configuración, una mitad del acoplador se montó sobre una mesa robótica que podía moverse y girar en cualquier dirección, lo que permitió simular un acoplamiento desalineado con la otra mitad, que permaneció fija sobre la mesa. El crioacoplador está diseñado para tolerar cierta desalineación en caso de que la nave espacial y el depósito no estén perfectamente alineados durante el acoplamiento.

“Estos crioacopladores se encuentran en una fase muy temprana de desarrollo, por lo que las pruebas se centran principalmente en su funcionalidad básica”, explicó Belcher. “En futuras campañas de pruebas se diseñarán para misiones específicas y se evaluarán con mayor minuciosidad en función de los requisitos de cada misión”.

Las pruebas del crioacoplador se realizaron como parte de un Concurso de Oportunidades de Colaboración de 2022, una asociación en la que los centros de la Nasa proporcionan a empresas seleccionadas conocimientos especializados, instalaciones, hardware y software sin coste alguno.

El proyecto Cryogenic Fluid Management Portfolio, un equipo interinstitucional con sede en el Centro Marshall de la Nasa y el Centro de Investigación Glenn de la Nasa en Cleveland, supervisa el desarrollo de los crioacopladores.