Den oppustelige decelerator vil tage en tur på JPSS-2-satellitten

En oppustelig deceleratorteknologi, der en dag kan hjælpe mennesker med at lande på Mars, vil flyve på den samme Atlas V-raket som JPSS-2-satellitten.

Apollo-månelanderne affyrede retroraketter for at lande mennesker på Månen. Rumfærgen var afhængig af luftmodstand fra atmosfæren for at virke som en bremse under genindsejling til Jorden. Men at affyre raketter kræver at man trækker masser af brændstof. Og Mars atmosfæren, som er omkring 100 gange tyndere end vores egen, er for tynd til at producere nok modstand til at bremse et rumfartøj så let, som vi kan på Jorden.

De 2, 000-pund Curiosity Rover, som landede på Mars i 2012, er den største ting, vi nogensinde har sendt til den røde planet, og tæt på vægtgrænsen for eksisterende decelerationsteknologi.

"Lige nu, varmeskjolde er stive, og den maksimale størrelse er begrænset af løfterakettens størrelse, " sagde Barry Bryant, projektleder for Low-Earth Orbit Flight Test af en oppustelig decelerator, eller LOFTID, på NASAs Langley Research Center.

At levere mennesker og deres last til Mars vil kræve meget større nyttelast. Mennesker har brug for masser af mad, vand, luft, isolering, strålebeskyttelse og livsstøttesystemer – det gør rovere ikke.

"For at tage mennesker til Mars, vi skal levere et lille hus, " sagde Neil Cheatwood, senioringeniør for planetarisk adgang, nedstigning og landing ved NASAs Langley Research Center. "Du har brug for en aeroskal meget større, end du kan passe inde i en raket."

Men for en dag at levere den nyttelast, ingeniører skal først demonstrere, at deceleratoren kan overleve den utrolige varme og hastigheder ved genindstigning.

Indtast LOFTID, et partnerskab mellem NASAs Space Technology Mission Directorate og United Launch Alliance. Det er det seneste skridt i en slags teknologi kendt som Hypersonic Inflatable Aerodynamisk Decelerator.

LOFTID vil flyve som en rideshare med JPSS-2-satellitten i kredsløb i polarkredsløb i marts 2022.

Denne flyvning vil ikke bære en nyttelast, men vil teste køretøjets evne til at overleve genindtræden til Jorden fra rummet, producere den ønskede atmosfæriske luftmodstand og, Cheatwood sagde, "udviser tilstrækkelig aerodynamisk stabilitet til at holde os peget fremad og ikke bare komme i væltning."

JPSS-2, at blive omdøbt til NOAA-21 efter at være kommet i kredsløb, er en fortsættelse af Joint Polar Satellite System-serien af ​​satellitter, som giver data, der informerer om syv-dages prognoser og ekstreme vejrbegivenheder. Instrumenter fra JPSS-satellitterne fortæller os også om naturbrande, vulkaner, atmosfærisk ozon, istab og havsundhed.

"Vores JPSS-2 mission er bogstaveligt talt fokuseret på Jorden, " sagde Greg Mandt, direktør for JPSS-programmet. "At tro, at vi kunne dele noget af den overskydende kapacitet fra vores Atlas løfteraket til at teste teknologier, der vil understøtte menneskelig udforskning af Mars, er en enorm bonus."

LOFTID bliver foldet og pakket tæt ned under lanceringen og derefter oppustet lige før genindstigning. Den oppustelige struktur er lavet af syntetiske fibre, flettet til rør, der er 15 gange stærkere end stål. Rørene er oprullet, så når de er oppustet, de danner form af en stump kegle. Det termiske beskyttelsessystem, der dækker den oppustelige struktur, er designet til at overleve brændende indgangstemperaturer og i stand til at modstå 2, 900 grader Fahrenheit. Aeroshellen, der er bygget til flydemonstrationen, når 20 fod i diameter, når den sættes ind, næsten fem gange dens størrelse, når den er stuvet og længden af ​​en miniskolebus. Ingeniører mener, at det kan skaleres op til at rumme store nyttelaster.

"Hvis man ser på brændstofeffektive biler, de er strømlinede for at minimere træk, " sagde Cheatwood, som også er hovedefterforsker for LOFTID. "En del af deres effektivitet kommer fra lav masse, og en del er den aerodynamiske form. Vi leder efter det modsatte. Vi ønsker at maksimere modstanden."

Efter at JPSS-2-satellitten er leveret til sin bane, Kentauren, rakettens anden fase, vil lave en deorbit manøvre til en lavere bane. Centauren peger LOFTID-køretøjet mod dets ønskede atmosfæriske indgangspunkt og lader aeroshellen pustes op. Centauren vil derefter dreje køretøjet op for at give det gyroskopisk stabilitet, skub det ud, og derefter udføre en omledningsmanøvre. Når LOFTID igen kommer ind i jordens atmosfære, det vil sænke fra hypersonisk til subsonisk hastighed, udsende en faldskærm og derefter lande, sandsynligvis i Stillehavet nær Hawaii. Det forventes at nå hastigheder så hurtigt som 5 miles per sekund.

At få mennesker til overfladen af ​​Mars er blot en af ​​mange mulige anvendelser for LOFTID. United Launch Alliance er interesseret i dets potentiale til at genoprette boostermotorer efter lanceringen. Teknologien kan også bruges til at trække udstyr tilbage fra den internationale rumstation eller til at returnere materialer som fiberoptiske kabler fremstillet i rummet.

"ULA er glade for at arbejde sammen med NOAA og NASA for at demonstrere denne kritiske teknologi, " sagde Michael Holguin, senior programleder for LOFTID-missionen for United Launch Alliance. "Ikke kun til gendannelse af motorer til Vulcan Centaur-programmets genbrug af motorer, men også for hele rumprogrammet, rumfartøjers genindtræden til Jorden såvel som andre planetariske legemer."