Oppustelig varmeskjold kunne levere tung nyttelast til verdener med en tyk atmosfære

En af de større udfordringer ved at sende nyttelast til Mars er at kæmpe med planetens atmosfære. Selvom det er utroligt tyndt sammenlignet med Jordens (med omtrent halvdelen af ​​1 procent af Jordens lufttryk), den resulterende luftfriktion er stadig et problem for rumfartøjer, der ønsker at lande der. Og ser på fremtiden, NASA håber at lande tungere nyttelast på Mars, såvel som andre planeter - hvoraf nogle kan have atmosfærer så tætte som Jorden.

En mulig løsning på dette er brugen af ​​oppustelige aeroshell-varmeskjolde, der giver fordele i forhold til stive. For at udvikle denne teknologi, NASA og United Launch Alliance (ULA) er gået sammen om at udvikle et oppusteligt varmeskjold kendt som Low-Earth Orbit Flight Test of an Inflatable Decelerator (LOFTID). Inden 2022, de håber at sende denne banebrydende prototype til lavt kredsløb om jorden (LEO), hvor det vil blive testet.

Når et rumskib kommer ind i en atmosfære, aerodynamiske kræfter udøver modstand på den. Dette bremser rumfartøjets fart, omdanner sin kinetiske energi til varme. Naturligt, denne varme kan blive meget intens, udgør en trussel mod rumfartøjet og enhver besætning, den måtte have ombord. Dermed, nyttelast og bemandede missioner er udstyret med varmeskjolde for at beskytte dem under atmosfærisk adgang.

Siden starten i 1958, NASA har i høj grad stolet på retroraketfremdrift og stive varmeskjolde for at bremse rumfartøjer under indsejling i orbital, nedstigning og landing (EDL) operationer. Desværre, disse systemer kommer med deres del af ulemper, ikke mindst er masse og behovet for drivmiddel. På samme tid, skalerbarhed er lidt af et problem, da større nyttelast kræver en større aeroskal, hvilket betyder endnu mere masse.

Det er her oppustelige varmeskjolde er særligt nyttige. Ved at bruge denne teknologi, NASA og andre rumbureauer ville være i stand til at bruge større aeroshells, der kunne producere mere modstand og samtidig spare på massen. Ved at inkorporere ideer som LOFTID, som udnytter aerodynamiske kræfter i stedet for fremdrift, NASA står til at revolutionere den måde, den leverer nyttelast til planeter og i kredsløb.

Konceptet er et eksempel på hypersonisk oppustelig aerodynamisk decelerator (HIAD) teknologi, som NASA har forsket i i over et årti. HIAD giver ikke kun den mest masseeffektive måde at bremse et rumfartøj, der kommer ind på en planet med en atmosfære, men overvinder også emballagebegrænsningerne ved stive systemer ved at bruge oppustelige materialer, der kan opbevares i løfteraketten.

Denne teknologi er derfor den mest masseeffektive måde at bremse et rumfartøj ind i en planet med en atmosfære, og kunne levere større masser til enhver højde på planeten. Efter at have udført to suborbitale flyvetest, LOFTID orbital flyvetesten (i 2022) er det næste logiske trin i bevisprocessen, da det vil tillade teknologien at blive valideret til en række missionsapplikationer.

Når først testen er afsluttet, og teknologien kan integreres, LOFTID og andre HIAD-koncepter kunne muliggøre missioner til andre planeter og kroppe i solsystemet, samt steder, der er højere i højden. Det kunne også bruges til nyttelast og besætninger, der vender tilbage fra den internationale rumstation (ISS) til Jorden, samt til genvinding af genanvendelige komponenter såsom motorerne på ULA's foreslåede Vulcan-raket.

Tests er stadig i gang på NASAs Langley Research Center, hvor ingeniører forbereder det oppustelige varmeskjold til opsendelse. Dette består i at måle temperaturen på nitrogengas, når den udluftes fra de tanke, der skal bruges under jomfrutestflyvningen. Pack- og implementeringstest udføres også af Airborne System, en faldskærmsdesign- og produktionsvirksomhed i Santa Ana, Californien.

Hvis alt går godt med orbitaltesten i 2022, vi kan forvente, at HIAD-type aeroshells vil blive en fast funktion for missioner til Mars, Venus, Titan, og andre kroppe i solsystemet, der har tættere atmosfærer.