Начиная с того момента, когда выдающийся американский учёный Роберт Годдард в 1926 году впервые в истории ракетной техники запустил ракету на жидком топливе, эксперты не прекращали работу по совершенствованию двигательных установок. Так как ракета-носители значительно «выросли» в размерах, структура топливных баков стала более сложной. Это обусловлено также тем, что ракета-носитель, в виду увеличения габаритов, нуждается в увеличении тяги, а это в свою очередь представляет реальную опасность для экипажа КА и в целом ставит под угрозу успех всей миссии. Команда инженеров и учёных из Kennedy Space Center НАСА во Флориде в настоящее время работают на тем, чтобы максимально нейтрализовать все потенциальные угрозы и добиться обеспечения максимальной безопасности полётов.
В конце 60-х годов ХХ века в процессе тестирования больших ракета-носителей класса «Сатурн V» для программы «Аполлон», их подвергали колебаниям вверх-вниз, так называемому эффекту «пого», что иногда приводило к потенциально опасным изменениям в работе двигателя. Аномалия привела к изменениям в ускорении из-за разницы в топливном давлении и расходами, накладывая негативный отпечаток на роботу транспортного средства.
Согласно Paul Schallhorn главы NASA’s Environments and Launch Approval Branch в программе Launch Services Program, планируется, что более крупные ракеты будут адаптированы для различных условий окружающей среды, выдерживая значительные нагрузки.
По словам Schallhorn, проблемы с которыми сталкиваются инженеры на сегодняшний день выходят далеко за рамки эффекта «паго». Верхние ступени значительно модернизированы и способны работать в условиях микрогравитации после выхода в космическое пространство. Schallhorn отмечает, что он и его коллеги должны получить более глубокое понимание того, как ракетное топливо ведёт себя в баках после старта. Это необходимо для того, чтобы инженеры могли максимально компенсировать имеющуюся нестабильность, которая может негативно отразиться на производительности ракета-носителя.
Исследования «поведения» ракетного топлива внутри баков приобрели наибольшую актуальности в 2006 году с началом запусков ракета-носителей «Delta IV». Schallhorn отметил, что планировался весьма сложный манёвр по выводу спутника на орбиту, и инженеры всерьёз задумались над тем как ракетное топливо будет вести себя в баке, ведь никакими данными по этому вопросу они не располагали.
Нынешняя неспособность спрогнозировать «поведение» топлива и окислителя в баках может стать причиной того, что по ошибке в бак будет осуществлять дополнительная подача топлива вместе с гелием для создания необходимого давления. Лучшее понимание процессов «расплёскивания» не только поможет избежать возникновения подобной ошибки, но и существенно сократить расходы на запуск полезной нагрузки.
Schallhorn в настоящее время возглавляет группу исследователей, занимающихся изучением «расплёскивания «в баках ракета-носителей. Для более глубоко анализа этой аномалии инженеры NASA объединились с исследователями из Florida Institute of Technology и Massachusetts Institute of Technology.
Проект Slosh Project финансируется программой Game Changing Development (GCD) program NASA Space Technology Mission Directorate. GCD предназначена для исследования новаторских идей и подходов, у который есть значительный потенциал для реконструкции предстоящих космических миссий и для решения существенных национальных потребностей.
По мнению руководителя Game Changing Development Program Stephen Gaddis, результаты такого эксперимента помогут в проектировании баков ракета-носителей инновационного дизайна и систем управления в целом.
Ключевым элементом исследования команды будет эксперимент SPHERES (Synchronized Position Hold, Engage, Reorient, Experimental Satellites). Он будет проходить на МКС на борту космического корабля «Cygnus», который будет запущен посредством ракета-носителя «Antares» уже в этом месяце.
Аппаратные средства для проекта Slosh Project были разработаны студентами Florida Tech. Члены экипажа МКС прикрепят специальные резервуары SPHERES на противоположных концах металлического каркаса КА. SPHERES – это пластмассовые резервуары в форме таблетки диаметром 45 см, которые частично заполнены водой.
По словам Brandon Marsell, принимающего участие в проектировании Slosh Projec, современные компьютерные модели попытаются спрогнозировать, как именно ведёт себя жидкость внутри топливного бака.
Эти данные смогут сыграть решающую роль в проектируемой NASA Space Launch System – мощной ракеты, которая могла бы перевозить астронавтов намного глубже в космическое пространство, нежели это возможно в настоящее время.
Учёные располагают точными данными о «поведении «ракетного» топлива в наземных условиях. Однако при условиях отсутствия гравитации жидкость ведёт себя совершенно иначе.
Исследователь Jacob Roth объясняет, что «реакция» жидкости будет фиксироваться парой фотокамер высокого разрешения, которые произведут запись движения жидкой части внутри бака.
Jacob Roth отмечает, что исследователи пришли к единому мнению использовать в эксперименте воду, хотя на борту самолёта тестировался и гидразин, и жидкий водород и прочие компоненты ракетного топлива. Roth объясняет, что был сделан выбор в пользу воды из-за присущих топливу свойств самовоспламенения.
Полученные в ходе эксперимента данные будут использоваться для проверки компьютерных моделей, от которых во многом зависит будут ли надёжными, экономически выгодными и безопасными ракета-носителя будущего.