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Preparativi per le prossime simulazioni di decollo e atterraggio sulla Luna (e sott'acqua)
La NASA sta testando scudi termici che possono proteggere gli astronauti durante il loro ritorno da missioni sulla Luna e su Marte, in un modo insolito: rimuovendo i rifiuti.
Quando Northrop Grumman24thmissione di rifornimento di merciper la NASA, si è staccata dalla Stazione Spaziale Internazionale, trasportava una flotta di 12 piccole capsule sperimentali progettate per testare la prossima generazione di materiali di protezione termica che potrebbero costituire la base per futuri scudi termici.
L'esperimento, chiamato Kentucky Reentry Probe Experiment (KREPE-3), è il terzo di una serie di missioni a basso costo e ad alto impatto che utilizzano gli ultimi istanti della durata del veicolo spaziale di carico per raccogliere dati preziosi.
L'esperimento è una collaborazione tra l'Università del Kentucky, lo stato del Kentucky, il programma Established Program to Stimulate Competitive Research (EPSCoR) della NASA, diversi centri della NASA e altri partner federali e commerciali.
KREPE-3 è un ottimo esempio degli obiettivi del programma EPSCoR della NASA", ha affermato David Berger, responsabile del programma EPSCoR presso la sede della NASA a Washington. "Sosteniamo la prossima generazione di scienziati e ingegneri nello sviluppo di progetti unici che beneficiano la loro istruzione e gli obiettivi della missione della NASA.
Da rifiuti a risorse
Prima che la navetta Cygnus XL, destinata alla stazione, si allontanasse, gli astronauti l'hanno riempita di rifiuti e hanno attivato le 12 piccole capsule trasportate all'interno. Progettate dagli studenti dell'Università del Kentucky, le capsule includono sensori che misureranno temperatura, pressione, movimento, campo magnetico e luce durante il rientro.
Mentre il veicolo si disintegra in modo sicuro nell'atmosfera terrestre, seguendo il percorso previsto, le capsule si separeranno e inizieranno a raccogliere dati sulle prestazioni di ciascun set di materiali per lo scudo termico sperimentale. I segnali satellitari trasmetteranno i dati in tempo reale ai ricercatori, fornendo informazioni su come scudi termici più grandi potrebbero proteggere merci o equipaggio futuri.
È un modo intelligente per ottenere dati sui materiali che sono ancora in fase di sviluppo", ha affermato Keith Peterson, ingegnere dei materiali presso il centro di ricerca di Ames della NASA nella Silicon Valley della California. "In pratica, stiamo sfruttando un veicolo che sta già tornando sulla Terra.
Riscaldamento dell'innovazione
Le capsule trasporteranno una varietà di componenti di protezione termica, tra cui tecnologie collaudate come il materiale in ceramica utilizzato sullo Space Shuttle. Altri testeranno nuove opzioni, come uno scudo termico stampato in 3D sviluppato dal progetto Additive Manufacturing of Thermal Protective Systems presso i centri di ricerca di NASA Johnson e Oak Ridge National Laboratory.
I ricercatori di NASA Ames stanno fornendo diversi materiali al progetto KREPE-3, tra cui due capsule che saranno utilizzate per un nuovo tipo di protezione, noto come Materials Engineered for Re-entry using Innovative Needling Operations (MERINO). Realizzati con strati di fibra di carbonio e fenolica cuciti insieme come feltro, i materiali sono più flessibili, più veloci da produrre e meno costosi rispetto ai materiali protettivi tradizionali, rendendoli candidati promettenti per le missioni su Marte. Grazie all'atmosfera più sottile di Marte, le missioni per atterrare sul pianeta rosso comportano carichi termici inferiori e consentono una protezione più leggera.
Una terza capsula combinerà questi materiali protettivi con altri elementi. L'esperimento Kentucky Instrumented Conical Hypersonic utilizzerà una forma a doppia cono. Combina una punta in tungsteno fissata a un cono rivestito di fibra di carbonio e plastica resistente al calore, e un cono posteriore rivestito di MERINO. Questo design unico consentirà di validare i modelli informatici con dati reali.
Un'altra capsula avrà la forma della protezione aerodinamica che proteggerà la prossima missione di NASA, Dragonfly, mentre atterra sulla luna di Saturno, Titano, e testerà la stabilità dinamica del design. È rivestita di Phenolic Impregnated Carbon Ablator, un materiale sviluppato da NASA Ames che ha applicazioni per veicoli commerciali e è stato utilizzato sulla missione NASAStardust, Mars Science Laboratory, eMarte 2020missioni.
Una capsula testerà uno scudo termico retrattile chiamato Adaptable Deployable Entry and Placement Technology, che ha la forma di un ombrello per aumentare la superficie e rallentare la discesa. A pieno regime, il design di Adaptable Deployable Entry potrebbe essere piegato, rendendolo ideale per il lancio di carichi utili più grandi di quelli che li lanciano in volo.
Mentre alcune capsule stanno testando nuovi materiali per missioni su Marte, altre stanno testando nuove forme e design che contribuiranno alla ricerca e alla comprensione della modellazione e del design dei sensori, tecnologie che potrebbero aprire la strada a una nuova generazione di innovazione nel design del rientro.
Ulteriori capsule sviluppate da partner nazionali e internazionali testeranno una varietà di materiali noti e nuovi, tra cui un sensore di flusso termico sviluppato all'Università di Stoccarda in Germania, che aiuterà i ricercatori a misurare come il calore si muove attraverso una superficie durante il rientro.
Stiamo spingendo i limiti di ciò che gli scudi termici possono fare", ha affermato Peterson. "E li stiamo testando in un modo che è veloce, conveniente ed incredibilmente efficace.
