Ph.d.-studerende udvikler roterende varmeskjold til fremtidens rumfartøjer

En University of Manchester Ph.D. studerende har udviklet en prototype fleksibelt varmeskjold til rumfartøjer, der kan reducere omkostningerne ved rumrejser og endda hjælpe fremtidige rummissioner til Mars.

Varmeskjolde bruges hovedsagelig som bremser for at stoppe rumfartøjer med at brænde op og styrte ned ved ind- og genindtræden i en planets atmosfære. Dette design er det første i verden, der anvender centrifugalkræfter, der afstivner letvægtsmaterialer for at forhindre udbrænding.

Nuværende varmeskjoldmetoder til rumfartøjer omfatter enorme gummibåde og mekanisk udfoldede strukturer, der ofte er tunge og komplicerede at bruge.

Rui Wu, fra Manchester's School of Mechanical, Luftfart og anlægsteknik, siger, at ud over at være let i designet er prototypen også "selvregulerende". Det betyder, at der ikke er behov for yderligere maskiner, reducere vægten af ​​rumfartøjer endnu mere og giver mulighed for billig videnskabelig forskning og nyttiggørelse af raketdele.

Han siger:"Rumfartøjer til fremtidige missioner skal være større og tungere end nogensinde før, hvilket betyder, at varmeskjolde bliver mere og mere for store til at håndtere."

For at imødekomme denne efterspørgsel har Wu og hans team udviklet et fleksibelt varmeskjold, der er formet som en nederdel og snurrer som et platanfrø. Planeter med atmosfære, såsom Jorden og Mars, tillade rumfartøjer at bruge aerodynamisk træk til at bremse, og prototypens design bruger dette til at muliggøre atmosfærisk adgang.

"Dette ligner high board dykning, hvor træk fra vand bremser din krop, før du når bunden af ​​swimmingpoolen, " forklarer Wu.

Den hurtige indtræden i Jordens atmosfære genererer så meget varme – over 10, 000 ˚C – at luften omkring rumfartøjet kan brænde til plasma. For sikker atmosfærisk adgang, rumfartøjer har brug for en frontend, eller skjold, der tåler høj varme samt en aerodynamisk form, der genererer modstand. Imidlertid, I modsætning til Jorden, Mars atmosfæren er meget tynd.

"Hvis jordens genindtræden er som at dykke ned i tyk honning, Mars indtog ville være som at dykke ned i vand, " siger Wu.

At bære tungt udstyr og astronauter, et område med høj trækkraft er nødvendigt. Når man kommer ind i Jordens eller Mars' atmosfærer, rumfartøjer kræver højt designede skjolde for at undgå udbrænding, generere træk, og understøtte tunge belastninger. Wus design løser potentielt begge problemer.

Prototypen er lavet af et fleksibelt materiale, der giver mulighed for nem opbevaring om bord på rumfartøjer. Dette materiale, mens den kan foldes, er stærk og har en høj temperaturtolerance. Skjoldet er også syet langs et specielt mønster, der gør det muligt at dreje op under flyvning, inducerende centrifugalkraft.

Wu ser hans design hjælpe med rumbaseret videnskabelig forskning og redningsmissioner i fremtiden. Han tilføjer:"Mere og mere forskning bliver udført i rummet, men dette er normalt meget dyrt, og udstyret skal dele en tur med andre køretøjer.

"Da denne prototype er let og fleksibel nok til brug på mindre satellitter, forskning kunne gøres nemmere og billigere. Varmeskjoldet ville også hjælpe med at spare omkostninger i genopretningsmissioner, da dets høje inducerede modstand reducerer mængden af ​​brændstof, der forbrændes ved genindstigning."