宇宙船の深宇宙探査ミッションにおいて、低温推進剤貯蔵タンク内の流体は複雑な負荷変動環境をしばしば経験し、その過程で気液界面が激しく変化し、強い相変化熱伝達および熱力学状態変化の応答が引き起こされる。本研究は落下実験に基づき、液体酸素の再配置実験システムを構築し、微小重力遷移過程における気液界面の形状、気相の温度および圧力の動的変化を観測・記録した。結果は、通常重力から微小重力へ移行する落下段階で、液体酸素の三相接触線が貯蔵タンクの壁面に沿って上昇し、初回の後退時に壁面に残留液体層が形成されることを示した。接触線の上昇により気液界面積が増加し、界面付近の液体酸素は継続的に蒸発し、さらに残留液体層の影響が加わり、最終的に加圧速度が上昇した。界面から15.2 mm離れた点の温度変化は固体壁の熱伝達の影響だけでなく、界面振動によって引き起こされる低温ガスの流れの撹乱も受けており、2.5秒間の再配置過程全体で、その測定点の温度上昇量は他の2つの温度センサーより低かった。本研究は軌道上低温推進剤管理装置の設計および再配置シミュレーションモデルの検証に重要な実験的根拠を提供する。

液体酸素;落下実験;微小重力;界面