La NASA met à l’essai une technologie de liquéfaction...

Explorer l’espace lointain de la Lune et de la planète Mars présente un défi technologique majeur : plus une navette spatiale contient du carburant, plus elle est lourde, ce qui implique une consommation élevée de carburant au moment du lancement depuis la Terre.

Pour contrecarrer ce problème, la NASA s’est mise à concevoir une technologie capable de produire et de stocker du propergol sur la surface de la Lune et de Mars. La dénommée « utilisation des ressources in situ » (In-Situ Resource Utilization) pourrait réduire la masse au lancement et les exigences de lancement, simplifiant ainsi la conception d’un module d’atterrissage ^[1].

Les ingénieurs du Centre de recherche Glenn de la NASA, à Cleveland (États-Unis), testent actuellement une technologie capable de liquéfier l’oxygène à la surface de la Lune et de l’utiliser comme propergol dans les fusées. Le projet CryoFILL (liquéfaction in situ de fluides cryogéniques pour les atterrisseurs) vise à démontrer la méthode de refroidissement et de condensation à l’état liquide de l’oxygène extrait de la glace d’eau dans des zones d'obscurité éternelle de la Lune.

La méthode de liquéfaction à l’étude est le refroidissement à grande échelle (Broad Area Cooling BAC) : l’hélium ou le néon à l’état gazeux circule dans les tuyaux en contact thermique efficace avec la surface extérieure du réservoir de propergol. Le gaz employé est refroidi par un cryoréfrigérateur avant d’évacuer la chaleur du réservoir, ce qui entraîne sa liquéfaction (voir la figure ci-après).

Figure. Modèle CryoFILL thermique par ordinateur, comprenant les tubes BAC et le cryoréfrigérateur/ventilateur cryogénique ^[1].

Légende:
Propellant Tank -- Réservoir de propergol
Ne BAC Tube -- Tube de refroidissement à grande échelle à néon
Ne Flow Return -- Retour de l’écoulement de néon
Ne Flow Supply -- Alimentation en écoulement de néon
Cryocooler Circulator -- Circulateur du cryoréfrigérateur

Un refroidisseur cryogénique de type aéronautique, mis au point par Creare LLC dans le cadre du programme de Recherche en innovation dans les petites entreprises (Small Business Innovation Research) de la NASA, est utilisé pour évacuer la chaleur du système d'extraction, ce qui permet à l'oxygène de se condenser et de rester à des températures inférieures à -300 °F (-184 °C) ^[2].

Le projet CryoFILL pourrait transformer la manière dont la NASA alimente en carburant ses futures missions d'exploration spatiale, en réduisant les coûts et en prolongeant la durée des opérations à la surface des planètes.

Pour en savoir sur cette technologie de liquéfaction, un article en libre accès a été publié dans le cadre de la série de conférences IOP : Materials Science and Engineering.

Sources

[1] Kashani, A., Yamashita, K., Grotenrath, R., Hauser, D., Balasubramaniam, R., & Johnson, W. (2024, May). Thermal Modeling of CryoFILL liquefaction tests. In IOP Conference Series: Materials Science and Engineering (Vol. 1301, No. 1, p. 012009). IOP Publishing. DOI 10.1088/1757-899X/1301/1/012009

[2] https://www.nasa.gov/general/nasa-tests-lander-refueling-tech/

[3] https://www.aerospacetestinginternational.com/news/nasa-tests-cryogenic-refueling-technology-for-lunar-landers.html

Image credits: NASA.

La NASA met à l’essai une technologie de liquéfaction pour produire du propergol sur la Lune