4 دقائق للقراءة
التحضيرات للمحاكاة التالية للنزول على القمر (و تحت الماء)
ناسا تختبر دروعًا حرارية يمكن أن تحمي رواد الفضاء أثناء عودتهم من المهام إلى القمر والمريخ بطريقة غير تقليدية: عن طريق التخلص من القمامة.
عندما قامت شركة نورثروپ جرومان24ثمهمة إعادة الإمدادأطلقت وكالة ناسا مركبة من محطة الفضاء الدولية، وهي تحمل أسطولًا من 12 كبسولة صغيرة تجريبية مصممة لاختبار الجيل التالي من مواد الحماية الحرارية التي يمكن أن تكون الأساس لمظلات الحماية الحرارية المستقبلية.
التجربة، التي تحمل اسم "تجربة إعادة الدخول إلى كينتكي" (KREPE-3)، هي الثالثة في سلسلة من المهام منخفضة التكلفة وعالية التأثير التي تستخدم اللحظات الأخيرة من عمر المركبة الفضائية المستخدمة في نقل البضائع لجمع بيانات قيمة.
التجربة هي تعاون بين جامعة ولاية كنتاكي، ولاية كنتاكي، برنامج NASA المخصص لتحفيز البحث التنافسي (EPSCoR)، وعدد من مراكز NASA، وشركاء حكوميين وشركات أخرى.
KREPE-3 هو مثال رائع لأهداف برنامج EPSCoR التابع لـ NASA"، قال ديفيد بيرجر، مدير برنامج EPSCoR في مقر NASA في واشنطن. "نحن ندعم الجيل القادم من العلماء والمهندسين وهم يقومون بتطوير مشاريع فريدة تفيد تعليمهم وأهداف مهمة لـ NASA.
من القمامة إلى الثمين
قبل مغادرة مركبة Cygnus XL التابعة للمهمة إلى محطة الفضاء، قام رواد الفضاء بملئها بالنفايات وتفعيل 12 حاوية صغيرة محملة بالداخل. تم تصميم الحاويات من قبل طلاب جامعة كنتاكي، وتشمل أجهزة استشعار لقياس درجة الحرارة والضغط والحركة والمجال المغناطيسي والضوء أثناء إعادة الدخول.
بينما تنفصل المركبة بأمان في الغلاف الجوي للأرض على مسارها المخطط، ستنطلق الحاويات وتبدأ في جمع البيانات حول أداء كل مجموعة من مواد درع الحرارة التجريبية. ستنقل إشارات الأقمار الصناعية البيانات المباشرة إلى الباحثين، مما يوفر رؤى حول كيفية حماية دروع الحرارة الأكبر للمركبات أو الطاقم المستقبلي.
"إنه طريقة ذكية للحصول على بيانات حول المواد التي لا تزال قيد التطوير"، قال كيث بيتسون، مهندس مواد في مركز أماس للأبحاث التابع لناسا في وادي السيليكون بكاليفورنيا. "إننا نستغل مركبة بالفعل تعود إلى الأرض".
تسخين الابتكار
ستحمل الحاويات مجموعة متنوعة من مكونات الحماية الحرارية، بما في ذلك التقنيات المثبتة مثل مادة البلاط المستخدمة في مركبة الفضاء. وسوف تختبر أيضًا خيارات جديدة، مثل درع حراري مطبوع ثلاثي الأبعاد من مشروع Additive Manufacturing of Thermal Protective Systems الذي طورته ناسا في مختبرات جونسون وجون ري الوطنية.
باحثون في وكالة ناسا آمس يساهمون بمواد متعددة في مشروع KREPE-3، بما في ذلك كبسلتين ستطيران ضمن عائلة من المواد المصممة لحماية المركبات، والمعروفة باسم "المواد المصممة لإعادة الدخول باستخدام عمليات إبر مبتكرة" (MERINO). تتكون هذه المواد من طبقات من ألياف الكربون والراتنج، وهي أكثر مرونة وسرعة في الإنتاج وأقل تكلفة من المواد الواقية التقليدية، مما يجعلها مرشحين واعدين لبعثات المريخ. بفضل الغلاف الجوي الرقيق لكوكب المريخ، تتطلب بعثات الهبوط على الكوكب الأحمر أحمال حرارية أقل وتسمح بحماية أخف.
ستحتوي كبسلة ثالثة على هذه المواد الواقية بالإضافة إلى عناصر أخرى. سيستخدم "تجربة الكبسولة الهوائية ذات الشكل المخروطي المجهزة" (Kentucky Instrumented Conical Hypersonic Experiment) شكلًا مزدوجًا. وهي تجمع بين طرف من التنجستن متصل بـ مخروط مغطى بألياف من الكربون والبلاستيك المقاوم للحرارة، ومخروط خلفي مغلف بـ MERINO. سيؤكد هذا التصميم الفريد على صحة النماذج الحاسوبية مقابل البيانات الواقعية.
كبسلة أخرى لها شكل الغلاف الواقي الذي سيحمي مهمة ناسا القادمة، "Dragonfly"، عند وصولها إلى قمر المريخ، تيتان، وستختبر استقرار التصميم الديناميكي. وهي مغطاة بمادة "أبلاست الكربون المعزز بالراتنج" (Phenolic Impregnated Carbon Ablator)، وهي مادة طورت في وكالة ناسا آمس ولها تطبيقات في المركبات التجارية، وقد استخدمت في مهمة ناساStardust, Mars Science Laboratory، و2020 مارسمهمات.
капсула واحدة ستختبر درعًا قابل للتطوير، يسمى تكنولوجيا الدخول والتثبيت القابلة للتطوير، وهو على شكل مظلة لزيادة المساحة السطحية وإبطاء الهبوط. في حجم كامل، يمكن طي تصميم الدخول القابل للتطوير، مما يجعله مثاليًا لإطلاق حمولات أكبر من الصواريخ التي تنفذها في الفضاء.
بينما تختبر بعض الكبسولات مواد جديدة لإجراء مهمات إلى المريخ، تختبر أخرى أشكالًا وتصميمات جديدة ستعزز البحث والفهم في النمذجة الحاسوبية وتصميم المستشعرات - وهي تقنيات يمكن أن تفتح الأبواب أمام جيل جديد من الابتكار في تصميم إعادة الدخول.
سيتم اختبار مجموعة متنوعة من المواد المعروفة والجديدة، بما في ذلك مستشعر تدفق الحرارة الذي تم تطويره في جامعة ستوتغارت في ألمانيا، والتي ستساعد الباحثين على قياس كيفية انتقال الحرارة عبر سطح أثناء إعادة الدخول.
نحن نوسع حدود ما يمكن أن تفعله دروع الحرارة"، قال بيتسون. "ونختبرها بطريقة سريعة وفعالة وبتكلفة معقولة.
