NASA, astronotların Ay ve Mars görevlerinden dönüşünde güvenliğini sağlayacak ısı kalkanlarını alışılmadık bir yöntemle test ediyor: çöpü dışarı atarak.
Northrop Grumman’ın NASA için 24. kargo ikmal görevi Uluslararası Uzay İstasyonu’ndan ayrılırken, gelecekteki ısı kalkanlarının temeli olabilecek yeni nesil termal koruma malzemelerini test etmek üzere tasarlanmış 12 küçük deney kapsülü taşıdı.
KREPE-3 olarak adlandırılan deney, kargo uzay aracının ömrünün son anlarını değerli veri toplamak için kullanan düşük maliyetli, yüksek etkili görevler serisinin üçüncüsü.
Deney, Kentucky Üniversitesi, Kentucky eyaleti, NASA’nın Rekabetçi Araştırmayı Teşvik Etme Kuruluş Programı (EPSCoR), birkaç NASA merkezi ve diğer federal ve ticari ortakların iş birliğiyle yürütülüyor.
NASA’nın Washington’daki merkezinde EPSCoR program yöneticisi David Berger, "KREPE-3, NASA’nın EPSCoR programının hedeflerine harika bir örnek" dedi. "Eğitimlerine ve NASA’nın görev hedeflerine katkı sağlayan özgün projeler geliştirirken yeni nesil bilim insanlarını ve mühendisleri destekliyoruz."
Çöpten hazineye
Görevin Cygnus XL uzay aracı istasyondan ayrılmadan önce astronotlar aracı atıkla doldurdu ve içindeki 12 küçük kapsülü aktif hale getirdi. Kentucky Üniversitesi öğrencileri tarafından tasarlanan kapsüller, yeniden giriş sırasında sıcaklık, basınç, hareket, manyetik alan ve ışığı ölçecek sensörler içeriyor.
Araç planlanan rotasında Dünya atmosferinde zararsız şekilde parçalanırken kapsüller atılacak ve her bir deneysel ısı kalkanı malzemesinin performansına ilişkin veri toplamaya başlayacak. Uydu sinyalleri canlı veriyi araştırmacılara aktaracak ve daha büyük ısı kalkanlarının gelecekteki kargo veya mürettebatı nasıl koruyabileceğine dair fikir verecek.
NASA’nın Kaliforniya’nın Silikon Vadisi’ndeki Ames Araştırma Merkezi’nde malzeme mühendisi Keith Peterson, "Henüz geliştirme aşamasındaki malzemeler hakkında uçuş verisi elde etmenin akıllı bir yolu" dedi. "Esasen Dünya’ya dönen bir araca yolculuk ediyoruz."
İnovasyonu ısıtmak
Kapsüller, uzay mekiklerinde kullanılan seramik karo malzemesi gibi kanıtlanmış teknolojiler de dahil olmak üzere çeşitli termal koruma bileşenleri taşıyacak. Diğerleri, NASA Johnson ve Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı’nda geliştirilen Eklemeli İmalat Termal Koruyucu Sistemler projesinden 3D baskılı ısı kalkanı gibi yeni seçenekleri test edecek.
NASA Ames araştırmacıları KREPE-3’e MERINO olarak bilinen yeni nesil koruyucu kaplamalar ailesini uçuracak iki kapsül de dahil olmak üzere birkaç malzeme sağlıyor. Keçe gibi birbirine dikilmiş karbon ve fenolik lif katmanlarından üretilen malzemeler daha esnek, üretimi daha hızlı ve geleneksel koruyucu maddelerden daha ucuz — bu da onları Mars görevleri için umut verici adaylar yapıyor. Mars’ın daha ince atmosferi sayesinde Kızıl Gezegen’e iniş görevleri daha düşük ısı yükü içeriyor ve daha hafif koruma sağlıyor.
Üçüncü bir kapsül bu koruyucu kaplamaları diğer unsurlarla birleştirecek. Kentucky Enstrümante Konik Hipersonik Deneyi çift koni şeklini kullanacak. Tungsten uçlu, karbon ve ısıya dayanıklı plastik liflerle kaplı bir koni ile MERINO ile sarılmış arka koniyi bir araya getiriyor. Bu özgün tasarım bilgisayar modellerini gerçek dünya verileriyle doğrulayacak.
Bir diğer kapsül, NASA’nın yaklaşan Dragonfly görevi Satürn’ün uydusu Titan’a ulaştığında koruyacak koruyucu aeroshell şeklini taşıyor ve tasarımın dinamik kararlılığını test edecek. Üzeri NASA Ames’te geliştirilen ve ticari araçlarda uygulamaları olan Fenolik İmbibisyonlu Karbon Ablatör ile kaplı. Bu malzeme NASA’nın Stardust, Mars Science Laboratory ve Mars 2020 görevlerinde uçtu.
Bir kapsül, yüzey alanını artırıp inişi yavaşlatmak için şemsiye şeklinde olan Adaptable Deployable Entry and Placement Technology adlı açılır ısı kalkanını test edecek. Tam ölçekte Adaptable Deployable Entry tasarımı katlanabilir olacak ve fırlatıldıkları roketlerden daha büyük yüklerin dağıtılması için ideal olacak.
Bazı kapsüller Mars görevlerini taşıyacak yeni malzemeleri test ederken, diğerleri bilgisayar modellemesi ve sensör tasarımı araştırmasını ilerletecek yeni şekil ve tasarımları test ediyor — bu teknolojiler yeniden giriş tasarımı inovasyonunun bir başka kuşağının kapılarını açabilir.
Yerli ve uluslararası ortaklar tarafından geliştirilen ek kapsüller, yeniden giriş sırasında ısının yüzeyde nasıl hareket ettiğini ölçmeye yardımcı olacak Almanya Stuttgart Üniversitesi’nde geliştirilen bir ısı akısı sensörü de dahil olmak üzere çeşitli bilinen ve yeni malzemeleri test edecek.
Peterson, "Isı kalkanlarının yapabileceklerinin sınırlarını zorluyoruz" dedi. "Ve bunları hızlı, uygun maliyetli ve son derece etkili bir şekilde test ediyoruz."
