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NASA está probando escudos de calor que pueden mantener a los astronautas a salvo cuando regresan de misiones a la Luna y Marte de una manera inusual: sacando la basura.
Cuando Northrop Grumman 24T Misión de reaprovisionamiento de carga para la NASA deshacerse de la Estación Espacial Internacional, llevó una flota de 12 cápsulas pequeñas y experimentales diseñadas para probar la próxima generación de materiales de protección térmica que podrían servir como la base para futuros escudos de calor.
El experimento, llamado el Experimento de la sonda de Kentucky Reentry (KREPE-3), es el tercero en una serie de misiones de bajo costo y de alto impacto que utilizan los momentos finales de la vida útil de la nave espacial de carga para reunir datos valiosos.
El experimento es una colaboración entre la Universidad de Kentucky, el estado de Kentucky, el programa establecido de la NASA para estimular la investigación competitiva (EPSCoR), varios centros de la NASA y otros socios federales y comerciales.
“KREPE-3 es un gran ejemplo de los objetivos del programa EPSCoR de la NASA”, dijo David Berger, gerente del programa EPSCoR en la sede de la NASA en Washington. “Estamos apoyando a la próxima generación de científicos e ingenieros a medida que desarrollan proyectos únicos que benefician su educación y los objetivos de la misión de la NASA. ”
Trash to treasure
Antes de que la nave espacial Cygnus XL de la misión se fuera de la estación, los astronautas lo empacaron con residuos y activaron las 12 cápsulas pequeñas que se llevaban dentro. Diseñado por estudiantes de la Universidad de Kentucky, las cápsulas incluyen sensores que medirán la temperatura, la presión, el movimiento, el campo magnético y la luz durante el reingreso.
A medida que el vehículo se descompone inofensivamente en la atmósfera de la Tierra en su ruta planificada, las cápsulas se inyectarán y comenzarán a recopilar datos sobre cómo se realizan cada conjunto de materiales experimentales de escudo térmico. Las señales de satélite transferirán datos en directo a los investigadores, ofreciendo información sobre cómo los escudos de calor más grandes podrían proteger la carga futura o la tripulación.
“Es una manera inteligente de obtener datos de vuelo sobre materiales que aún están en desarrollo”, dijo Keith Peterson, ingeniero de materiales del Centro de Investigación Ames de la NASA en Silicon Valley de California. “Estamos esencialmente dando un paseo en un vehículo que ya está regresando a la Tierra. ”
Calefacción por innovación
Las cápsulas llevarán una variedad de componentes de protección térmica, incluyendo tecnología probada como el material de baldosas de cerámica utilizado en el transbordador espacial. Otros probarán nuevas opciones, como un escudo de calor impreso en 3D del proyecto de fabricación de sistemas de protección térmica desarrollado en el laboratorio nacional de NASA Johnson y Oak Ridge.
Investigadores de la NASA Ames están aportando varios materiales a KREPE-3, incluyendo dos cápsulas que volarán una familia de próxima generación de cubiertas protectoras conocidas como Materiales Diseñados para la Reentrada utilizando Operaciones de Necesidad Innovadora (MERINO). Fabricado a partir de capas de fibras de carbono y fenólicas cosidas juntas como sentidas, los materiales son más flexibles, más rápidos para producir, y menos costosos que las sustancias protectoras tradicionales, haciéndolos candidatos prometedores para las misiones de Marte. Gracias a la atmósfera más delgada de Marte, las misiones para aterrizar en el Planeta Rojo implican cargas de calor más bajas y permiten una protección más ligera.
Una tercera cápsula combinará esas cubiertas protectoras con otros elementos. El Experimento Hipersónico de Kentucky Instrumentado utilizará una forma de doble contacto. Combina una punta de tungsteno adherida a un cono capado con fibras de plástico resistentes al carbono y al oído, y un cono de popa envuelto en MERINO. Este diseño único validará modelos informáticos contra datos del mundo real.
Otra cápsula está formada como el aeroshell protector que protegerá la próxima misión de la NASA, Dragonfly, ya que llega a la luna de Saturno, Titan, y probará la estabilidad dinámica del diseño. Está cubierto por el Ablator de Carbono Impregnado Fenólico, un material desarrollado en los Ames de la NASA que tiene aplicaciones para vehículos comerciales y voló en la NASA Stardust, Mars Science Laboratory, y Marte 2020 misiones.
Una cápsula probará un escudo térmico desplegable llamado Tecnología de entrada y colocación desplegable, que se forma como un paraguas para aumentar la superficie y la bajada. A toda escala, el diseño Adaptable Deployable Entry podría ser plegado, lo que lo hace ideal para desplegar cargas de pago que son más grandes que los cohetes que los lanzan en vuelo.
Mientras que algunas cápsulas están probando nuevos materiales para llevar misiones a Marte, otras están probando nuevas formas y diseños que profundizarán la investigación y comprensión del modelado informático y el diseño de sensores, tecnologías que podrían abrir puertas a otra generación de innovación de diseño de reentrada.
Las cápsulas adicionales desarrolladas por socios nacionales e internacionales probarán una variedad de materiales conocidos y nuevos, incluyendo un sensor de flujo de calor desarrollado en la Universidad de Stuttgart en Alemania, que ayudará a los investigadores a medir cómo el calor se mueve a través de una superficie durante la reentrada.
“Estamos empujando los límites de lo que los escudos de calor pueden hacer”, dijo Peterson. “Y los estamos probando de una manera que es rápida, asequible e increíblemente eficaz. ”
