NASA yeni nesil ısı kalkanlarını çöp kapsülleriyle sınıyor

NASA, astronotları Ay ve Mars görevlerinden dönerken güvende tutabilecek ısı kalkanlarını sıra dışı bir yolla sınıyor: çöpü dışarı çıkararak.

Northrop Grumman'ın NASA için yaptığı 24. kargo ikmal görevi Uluslararası Uzay İstasyonu'ndan ayrıldığında, beraberinde gelecek ısı kalkanlarının temelini oluşturabilecek yeni nesil termal koruma malzemelerini sınamak üzere tasarlanmış 12 küçük deneysel kapsülden oluşan bir filo taşıyordu.

Kentucky Yeniden Giriş Sondası Deneyi (KREPE-3) adlı deney, kargo aracının ömrünün son anlarını değerli veri toplamak için kullanan düşük maliyetli, yüksek etkili görevler dizisinin üçüncüsü.

Deney, Kentucky Üniversitesi, Kentucky eyaleti, NASA'nın Rekabetçi Araştırmayı Teşvik İçin Kurulmuş Programı (EPSCoR), birkaç NASA merkezi ve diğer federal ve ticari ortakların iş birliğiyle yürütülüyor.

Washington'daki NASA Genel Merkezi'nde EPSCoR program yöneticisi olan David Berger, "KREPE-3, NASA'nın EPSCoR programının hedeflerinin güzel bir örneği" dedi. "Hem kendi eğitimlerine hem de NASA'nın görev hedeflerine yarayan özgün projeler geliştirirken yeni nesil bilim insanlarını ve mühendisleri destekliyoruz."

Çöpten hazineye

Görevin Cygnus XL aracı istasyondan ayrılmadan önce astronotlar aracı atıkla doldurdu ve içinde taşınan 12 küçük kapsülü etkinleştirdi. Kentucky Üniversitesi öğrencileri tarafından tasarlanan kapsüllerde, yeniden giriş sırasında sıcaklığı, basıncı, hareketi, manyetik alanı ve ışığı ölçecek sensörler bulunuyor.

Araç, planlanan güzergâhında Dünya atmosferinde zarar vermeden parçalanırken kapsüller dışarı atılacak ve her bir deneysel ısı kalkanı malzeme takımının nasıl performans gösterdiğine dair veri toplamaya başlayacak. Uydu sinyalleri verileri araştırmacılara canlı olarak aktaracak; bu da daha büyük ısı kalkanlarının gelecekteki kargoyu ya da mürettebatı nasıl koruyabileceğine dair fikir verecek.

NASA'nın Kaliforniya'daki Silikon Vadisi'nde bulunan Ames Araştırma Merkezi'nde malzeme mühendisi olan Keith Peterson, "Hâlâ geliştirme aşamasındaki malzemeler için uçuş verisi elde etmenin akıllı bir yolu" dedi. "Esasen zaten Dünya'ya dönmekte olan bir araca binmiş oluyoruz."

Yeniliği kızıştırmak

Kapsüller, uzay mekiğinde kullanılan seramik karo malzemesi gibi kendini kanıtlamış teknolojiler de dahil olmak üzere çeşitli termal koruyucu bileşenler taşıyacak. Diğerleri ise NASA Johnson ve Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'nda geliştirilen Termal Koruyucu Sistemlerin Eklemeli Üretimi projesinden çıkan 3D baskı bir ısı kalkanı gibi yeni seçenekleri sınayacak.

NASA Ames'teki araştırmacılar KREPE-3'e birkaç malzeme sağlıyor; bunların arasında, Yenilikçi İğneleme İşlemleriyle Yeniden Giriş İçin Tasarlanmış Malzemeler (MERINO) olarak bilinen yeni nesil koruyucu örtü ailesini uçuracak iki kapsül de var. Karbon ve fenolik liflerden oluşan katmanların keçe gibi birbirine dikilmesiyle üretilen malzemeler, geleneksel koruyucu maddelere kıyasla daha esnek, daha hızlı üretilebilir ve daha ucuz — bu da onları Mars görevleri için umut verici adaylar yapıyor. Mars'ın daha ince atmosferi sayesinde Kızıl Gezegen'e iniş yapacak görevler daha düşük ısı yükleriyle karşılaşıyor ve daha hafif korumaya izin veriyor.

Üçüncü bir kapsül, bu koruyucu örtüleri başka öğelerle birleştirecek. Kentucky Donanımlı Konik Hipersonik Deneyi çift konili bir biçim kullanacak. Deneyde, karbon ve ısıya dayanıklı plastik liflerle katmanlanmış bir koniye tutturulmuş tungsten bir uç ile MERINO'ya sarılmış bir arka koni bir arada bulunuyor. Bu özgün tasarım, bilgisayar modellerini gerçek dünya verisiyle doğrulayacak.

Bir başka kapsül, NASA'nın yaklaşan görevi Dragonfly'ı Satürn'ün uydusu Titan'a varırken koruyacak koruyucu aerokabuğun biçiminde olup tasarımın dinamik kararlılığını sınayacak. Kapsül, NASA Ames'te geliştirilen, ticari araçlar için uygulamaları bulunan ve NASA'nın Stardust, Mars Bilim Laboratuvarı ve Mars 2020 görevlerinde uçmuş olan Fenolik Emdirilmiş Karbon Ablatör ile kaplı.

Bir kapsül, yüzey alanını artırıp alçalmayı yavaşlatmak üzere şemsiye biçiminde olan, Uyarlanabilir Açılır Giriş ve Yerleştirme Teknolojisi adlı açılır bir ısı kalkanını sınayacak. Tam ölçekte Uyarlanabilir Açılır Giriş tasarımı katlanabilir; bu da onu, kendilerini uçuşa taşıyan roketlerden daha büyük yükleri yerleştirmek için ideal kılıyor.

Bazı kapsüller Mars'a görev taşıyacak yeni malzemeleri sınarken, diğerleri bilgisayar modellemesi ve sensör tasarımı konusundaki araştırmayı ve anlayışı ileri taşıyacak yeni biçimleri ve tasarımları sınıyor — bunlar yeniden giriş tasarımında bir başka nesil yeniliğin kapılarını açabilecek teknolojiler.

Yurt içi ve uluslararası ortaklar tarafından geliştirilen ek kapsüller ise, araştırmacıların yeniden giriş sırasında ısının bir yüzey boyunca nasıl hareket ettiğini ölçmesine yardımcı olacak, Almanya'daki Stuttgart Üniversitesi'nde geliştirilmiş bir ısı akısı sensörü de dahil olmak üzere bilinen ve yeni çeşitli malzemeleri sınayacak.

Peterson, "Isı kalkanlarının yapabileceklerinin sınırlarını zorluyoruz" dedi. "Ve bunları hızlı, hesaplı ve inanılmaz etkili bir yolla sınıyoruz."