Kommende rummission for at teste træksejl, der trækker raket tilbage til Jorden

En raket er på vej op i rummet med et træksejl. Målet? For at slæbesejlet skal bringe raketten tilbage til Jorden, forhindrer det i at blive som de tusindvis af stykker rumskrot i Jordens nedre kredsløb.

Slæbesejlet, udviklet af Purdue University ingeniører, vil være ombord på en Firefly Aerospace-raket, der forventes at blive opsendt i november fra Vandenberg Air Force Base i Californien.

Dette sejl og seks andre "Dedicated Research and Education Accelerator Mission" (DREAM) nyttelast flyver på Firefly Aerospace's Alpha-lancering, den første flyvning for løfteraketselskabet.

"Højværdibaner omkring Jorden bliver overbelastet, " sagde David Spencer, en Purdue adjungeret lektor i luftfart og astronautik og mission manager for Mars Sample Return Campaign på NASA's Jet Propulsion Laboratory.

"Hvis vi ikke får satellitter eller andre løfteraketkomponenter ud af kredsløb, så vil højt udnyttede baner i sidste ende blive ubrugelige for andre rumsystemer, " sagde han. "Træksejlteknologi er designet til at opsendes med et værtsrumfartøj eller løfteraket og implementeres i slutningen af ​​værtskøretøjets mission. Modstanden fra Jordens atmosfære vil accelerere køretøjets deorbit."

Kaldet "Spinnaker3, "Dette slæbesejl er ikke det første, der bliver sendt ud i rummet. Men det er blandt de første, der er stort nok til at vende det øverste trin af et løftefartøj. Firefly Alpha-lanceringen vil målrette en kredsløbshøjde på omkring 200 miles, men Spinnaker3 træksejlet er i stand til at give deorbit-kapacitet fra kredsløbshøjder på 400 miles eller mere.

Dette er takket være 3 meter lange kulfiberbomme (deraf "3" i navnet), der trækker et sejl ud med et areal på 194 kvadratfod.

Selve sejlet er lavet af et glitrende gennemsigtigt materiale, et fluoreret polyimid kaldet CP-1, produceret af firmaet NeXolve. Materialet er designet til at modstå nedbrydning fra monatomisk oxygen i lav kredsløb om jorden.

Purdue rumfartøjslaboratorieingeniør Anthony Cofer ledede designet og testningen af ​​træksejlenheden.

"Dette træksejl har bomme som en sejlbåd har, men at sejle gennem rummet er meget anderledes. Træksejlsbommene skal være ekstremt lette, og de skal opbevares i et tæt rum, " sagde Cofer. "Når de er blevet indsat, sejlet skal bevare sin integritet gennem hele deorbitfasen, som kan være måneder eller år."

Opsendelseskøretøjer og andre rumfartøjer bevæger sig typisk rundt på egen hånd ved hjælp af drivmiddel, men disse drivmiddelbehov begrænser nyttelastmassen, som en løfteraket kan bringe op i rummet. Træk sejl bruger atmosfære træk til at få arbejdet gjort, sparer værdifuldt drivmiddel og reducerer køretøjets samlede masse.

Amerikanske rumfartøjer er forpligtet til at deorbitere inden for 25 år efter afslutningen af ​​missionen. Hvis en satellit eller løfteraket bliver ubrugeligt, den kan ikke bruge drivmiddel til at deorbitere. Et træksejl hjælper passivt rumfartøjer til at deorbitere, selvom det er ubrugeligt eller mangler drivmiddel.

Firefly Aerospace Alpha-lanceringen vil være en test af, hvor godt Spinnaker3-prototypen hjælper løfteraketstadiet med at deorbitere.

"Mange ting kunne gå i kredsløb af sig selv på omkring hundrede år, men det nytter os ikke noget. Vi ønsker at fremskynde den deorbitering med et træksejl, " sagde Arly Black, en Purdue Ph.D. kandidat i luftfart og astronautik, der udførte systemtest og præstationsanalyse for Spinnaker3.

"I betragtning af de forudsagte atmosfæriske forhold for november, Firefly Aerospace løfteraket kunne deorbitere på egen hånd i en lav højde på omkring 200 miles inden for 25 dage. Brug af Spinnaker3, Deorbiting-processen kan forkortes til 15 dage."

At deorbitere uden sejl på 25 dage er allerede en rimelig tid for lave højder, Black sagde, men når affyringshøjden stiger, det samme gør deorbit tid, øger sandsynligheden for kollision med andre objekter. At fremskynde den deorbittid med et træksejl ville gøre en kæmpe forskel.

Spinnaker3 er en prototype til en produktlinje af træksejl, der udvikles af Vestigo Aerospace LLC, et startup-firma grundlagt af Spencer. Idéen er at udvikle træksejl af varierende størrelser og bomlængder skræddersyet til typen af ​​rumfartøj. Teknologien er licenseret fra Purdue Research Foundation. Spencer har arbejdet sammen med Purdue Foundry om udvikling af forretningsmodel for opstarten.

Produktlinjen inkluderer også et Spinnaker1 sejl, som har 1 meter lange bomme designet til at deorbitere mindre satellitter såsom CubeSats, der bruges til rumforskning.

Spencer instruerede den årelange udvikling af Spinnaker3 af studerende, fakultet og personale ved Purdue's Space Flight Projects Laboratory. Udviklingen af ​​træksejlet omfattede også bidrag fra 18 bachelor- og kandidatstuderende som en del af et kursus om rumflyvningsprojekter.

Laboratorietest af Spinnaker3 ved Purdue afsluttet i foråret. Et team ved California Polytechnic State University, San Luis Obispo bidrog med en flyelektronikenhed, der leverer strøm og kommunikation til nyttelasten, samt billeddannelseskapacitet, der vil tillade billeder af sejlet at blive transmitteret til Jorden efter deployering.

Vestigo Aerospace samarbejdede med Purdue om en NASA Phase I SBIR-pris og er for nylig blevet tildelt en toårig fase II-undersøgelse for at fremme træksejlteknologi. Purdues hovedefterforsker for SBIR er Alina Alexeenko, en professor ved School of Aeronautics and Astronautics.