NASA’dan Geleceğin Isı Kalkanı Teknolojileri İçin Büyük Adım

NASA, astronotların Ay ve Mars görevlerinden dönüşünü güvence altına alabilecek ısı kalkanlarının nesil atlamasını deneysel bir yöntemle test ediyor: çopu kullanarak.

Northrop Grumman’ın NASA için gerçekleştirdiği 24. kargo tedarik misyonu Uluslararası Uzay İstasyonu‘ndan ayrıldığında, içinde gelecek nesil termal koruma malzemelerini test edecek 12 küçük deneysel kapsül taşıdı.

Kentucky Giriş Deneyi (KREPE-3) adlı deney, kargo aracının yaşamının son anlarını değerli veri toplamak için kullanan düşük maliyetli, yüksek etkili görev serisinin üçüncüsüdür.

Deney; Kentucky Üniversitesi, Kentucky eyaleti, NASA’nın Rekabetçilik Araştırmalarını Teşvik Programı (EPSCoR), birkaç NASA merkezi ve diğer federal ticari ortaklar arasındaki bir işbirliğidir.

“KREPE-3, NASA EPSCoR programının hedeflerinin harika bir örneğidir,” dedi Washington’daki NASA Genel Merkezi’nde EPSCoR program yöneticisi David Berger. “Birinci nesil bilim insanlarını ve mühendislerini, eğitimlerine ve NASA’nın görev hedeflerine fayda sağlayan benzersiz projeler geliştirmeleri için destekliyoruz.”

Çöpten hazineye

Misyonun Cygnus XL aracı istasyondan ayrılmadan önce astronotlar onu atıkla doldurdu ve içinde taşınan 12 küçük kapsülü aktive etti. Kentucky Üniversitesi öğrencileri tarafından tasarlanan capsules; giriş sırasında sıcaklık, basınç, hareket, manyetik alan ve ışığı ölçecek sensörler içeriyor.

Aracı planlı güzergahında atmosferde zararsız biçimde parçalanırken, kapsüller ayrılıp her bir deneysel ısı kalkanı malzemesinin nasıl performans gösterdiğine dair veri toplamaya başlıyor. Uydu sinyalleri canlı veriyi araştırmacılara aktarıyor ve daha büyük ısı kalkanlarının gelecekteki kargo veya mürettebatı nasıl koruyabileceğine dair içgörü sunuyor.

“Gelişim aşamasında olan malzemeler için uçuş verisi elde etmenin akıllıcı bir yolu,” dedi California’nın Silicon Valley bölgesindeki NASA Ames Araştırma Merkezi’nde malzeme mühendisi Keith Peterson. “Aslında zaten dünyaya geri dönen bir araca biniyoruz.”

Yeniliği ısıtmak

Kapsüller, uzay mekiğinde kullanılan seramik plakalı malzeme gibi kanıtlanmış teknolojileri içeren çeşitli termal koruma bileşenleri taşıyacak. Başkaları ise NASA Johnson ve Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı’nda geliştirilen Additive Manufacturing of Thermal Protective Systems projesinden elde edilen 3B yazıcı ile üretilmiş bir ısı kalkanı gibi yeni seçenekleri test edecek.

NASA Ames araştırmacıları, KREPE-3’e birkaç malzeme katkıda bulunuyor; bunlar arasında MERINO (Materials Engineered for Re-entry using Innovative Needling Operations) olarak bilinen gelecek nesil koruyucu kaplama ailesini taşıyacak iki kapsül var. Keçe gibi birbirine dikilen karbon ve fenolik liflerden yapılan bu malzemeler, geleneksel koruyuculardan daha esnek, üretimi daha hızlı ve daha ucuz; Mars görevleri için umut verici adaylar haline geliyor.

Mars’ın daha seyrek atmosferi sayesinde gezegene iniş yapan görevler daha az yüklenme gösteriyor ve daha hafiz korumaya izin veriyor.

Üçüncü bir kapsül, bu koruyucuları diğer unsurlarla birleştirecek. Kentucky Instrumented Conical Hypersonic Experiment çift-koni biçimini kullanacak. Karbon ve ısıya dayanıklı plastik liflerle kaplanmış bir kona monte edilmiş volfram uç ile MERINO ile sarılmış arka koni birleştirilen bu benzersiz tasarım, bilgisayar modellerini gerçek dünya verileriyle doğrulayacak.

Başka bir kapsül, NASA’nın Satürn’ün uydusu Titan’a varırken onu koruyacak aeroshell’i andıran biçimde tasarlanmış ve tasarımın dinamik kararlılığını test edecek. NASA Ames’te geliştirilen ve ticari araçlarda uygulama alanı bulan Phenolic Impregnated Carbon Ablator ile kaplanıyor; Stardust, Mars Science Laboratory ve Mars 2020 görevlerinde uçuştu.

Bir kapsül, şemsiye biçiminde tasarlanmış ve yüzey alanını artırarak inişi yavaşlatan Adaptable Deployable Entry and Placement Technology adlı açılabilir bir ısı kalkanı test edecek. Tam ölçekli Adaptable Deployable Entry tasarım katlanabilir olacak; bu da roketlerle fırlatılanlardan daha büyük yüklerin konuşlandırılması için ideal.

Bazı kapsüller Mars’a görev taşıyan yeni malzemeleri testerken, diğerleri bilgisayar modellemesi ve sensör tasarımı alanındaki araştırmayı ve anlayışı derinleştirecek yeni biçim ve tasarımları test ediyor; bu teknolojiler giriş tasarımında başka bir nesil yeniliğe kapı açabilir.

Yerli ve uluslu ortaklar tarafından geliştirilen ek kapsüller, Almanya’daki Stuttgart Üniversitesi’nde geliştirilen ve araştırmacıların giriş sırasında ısının yüzey üzerinde nasıl hareket ettiğini ölçmelerine yardımcı olacak dahil olmak üzere bilinen ve yeni bir dizi malzemayı test edecek.

“Isı kalkanlarının yapabileceği sınırları zorluyoruz,” dedi Peterson. “Ve onları hızlı, uygun maliyetli ve inanılmaz etkili bir biçimde test ediyoruz.”