Avant-poste lunaire

Fluide cryogénique dans l'indutrie spatiale, Disques de rupture SAFE-SHEAR™

Par Kingston Vickers

La gestion des fluides cryogéniques est le fondement des programmes spatiaux actuels et futurs. La disponibilité de ces fluides propulsifs au lancement, dans les dépôts orbitaux et sur la surface lunaire est essentielle pour les futures missions d'exploration humaine vers Mars. Les fluides cryogéniques se trouvent dans des réservoirs de carburant sous pression et des sous-systèmes de propulsion. Il est essentiel de maintenir la pression opérationnelle de ces carburants en toute sécurité et une surpression pourrait entraîner la perte catastrophique d'un vaisseau spatial. Une autre préoccupation concernant la gestion du carburant cryogénique est un processus appelé "boil-off". L'évaporation est le terme donné aux pertes de produit des systèmes de stockage de propergol cryogénique pendant les applications de missions spatiales de longue durée.

Dans les modèles de disques de rupture de marchandises, le diaphragme se rompt lorsqu'il est exposé à des pressions dépassant sa limite. Cet élément "frangible" a un impact profond sur la capacité de ces types de disques de rupture. Les charges de choc, les vibrations au lancement, les procédures d'interruption, les cycles d'ébullition opérationnels et la nécessité d'un service à long terme rendent la dépendance à l'égard d'un diaphragme mince et singulier comme solution de surpression quelque peu déconcertante au mieux.

En revanche, les disques de rupture de conception avancée SAFE-SHEAR™ sont immunisés contre de nombreux paramètres d'application critiques qui détruisent les disques de rupture conventionnels/frangibles. Ces disques de rupture évolués peuvent résister à des millions de cycles de chocs, de vibrations, de cycles thermiques et à une pression de rupture pouvant atteindre 95%. Nos capacités de disques de rupture permettent aux concepteurs de fluides cryogéniques d'optimiser la conception des cylindres pour les hautes pressions, garantissant ainsi la disponibilité d'un propulseur et d'un oxydant adéquats pour activer les systèmes dépendant de la pression. Notre disque de rupture avancé permet d'atteindre cet objectif tout en empêchant la perte de produit. Nos taux de fuite sont inférieurs à 10-8 centimètres cubes standard par seconde de GHe. (sccs)

Le dispositif de sécurité renforcé et la protection contre les fuites sont rendus possibles grâce à son mode de fonctionnement. Lorsque la pression interne du liquide ou du gaz atteint la pression différentielle prédéterminée (et calibrée), un ressort Belleville réglé avec précision s'inverse, forçant le diaphragme à entrer dans un poinçon dentelé, libérant ainsi la pression du système. Ce mécanisme de fonctionnement permet aux disques de rupture avancés d'offrir une précision de rupture remarquable. Notre disque de rupture SAFE-SHEAR™ peut être réglé à ±1% de pressions de rupture de 1 à 10 000 psi (0,007 à 690 bars) et offre des tolérances à des températures allant de -457 à 1 000°F (- 270 à 540°C).

Disque de rupture animé

Une fois que le poinçon a percé le diaphragme, le disque de rupture libère rapidement toute pression. Pour éviter les pertes dans les applications nécessitant une pression minimale ou lorsque le système est éloigné et ne peut pas être rechargé, nous pouvons inclure des soupapes de décharge intégrées au disque de rupture. Nos soupapes de décharge empêchent la perte de toute la pression du produit et permettent donc aux composants dépendant de la pression de continuer à fonctionner. Nos composants de disque de rupture/valve de décharge offrent un gain de poids allant jusqu'à 80% par rapport à d'autres systèmes redondants.

La NASA considère que notre type de disque avancé équivaut à deux soupapes de sûreté, ce qui permet à une seule d'entre elles de répondre à l'exigence de tolérance aux deux défaillances de la NASA (Réf. exigence de la NASA en matière de sécurité des charges utiles NHB 1700.7 ; NASA-JSC NSTS/ISS 18798 ; JCS Letter TA-88-074). – "La conception de disque de rupture préférée pour les charges utiles est celle qui utilise une membrane d'inversion contre un bord de coupe pour assurer la rupture. L'utilisation historique et l'expérience indiquent qu'un disque de rupture de ce type peut être certifié comme un dispositif de décharge de pression très fiable".

Les applications spatiales des disques de rupture nécessitent des solutions matérielles conçues pour résister aux carburants de fusée agressifs, aux oxydants et autres fluides agressifs. Les matériaux de construction peuvent inclure l'aluminium, l'acier inoxydable, les superalliages et le PTFE.

Outre nos applications de vols habités, notamment la Station spatiale internationale et l'Orion, d'autres engins spatiaux, satellites et avions utilisent notre technologie SAFE-SHEAR™ :

  • Mission de ravitaillement orbital du RRM3L'astronaute fait un grand pas en avant et satellise avec le sceau K-Port
  • Le vaisseau spatial Cassini
  • Le télescope spatial Hubble
  • Le télescope Spitzer
  • Explorateur de levés infrarouges à grand champ
  • Mars Global Surveyor
  • Sonde de gravité B
  • V-22 Balbuzard pêcheur / KC-390