Oppblåsbar varmeskjold kan levere tunge nyttelast til verdener med en tykk atmosfære

En av de større utfordringene med å sende nyttelaster til Mars er å måtte kjempe med planetens atmosfære. Mens den er utrolig tynn sammenlignet med jordens (med omtrent halvparten av 1% av jordens lufttrykk), er den resulterende luftfriksjonen fremdeles et problem for romfartøy som ønsker å lande der. Og med tanke på fremtiden, håper NASA å kunne lande tyngre nyttelaster på Mars så vel som andre planeter - hvorav noen kan ha atmosfærer like tette som Jorden.

En mulig løsning på dette er bruken av oppblåsbare aeroshells (aka. Varmeskjold), som gir mange fordeler fremfor stive. For å utvikle denne teknologien har NASA og United Launch Alliance (ULA) gått sammen om å utvikle et oppblåsbart varmeskjold kjent som Low-Earth Orbit Flight Test of a Inflatable Decelerator (LOFTID). I 2022 håper de å sende denne banebrytende prototypen til lavjord-bane (LEO), der den vil bli testet.

Når et romskip kommer inn i en atmosfære, begynner aerodynamiske krefter å utøve drag på det. Dette hjelper til med å bremse romfartøyet og konvertere kinetisk energi til varme. Naturligvis kan denne varmen bli veldig intens, og utgjøre en trussel mot romskipet og ethvert mannskap det kan ha ombord. Derfor nyttelast og besetningsoppdrag er utstyrt med varmeskjold for å beskytte dem under atmosfæren innreise.

Siden oppstarten i 1958 har NASA stole sterkt på retrorakett fremdrift og stive varmeskjold for å bremse romfartøyet under operasjoner i bane, nedstigning og landing (EDL). Dessverre har disse systemene en del av ulempene, ikke minst som masse og behovet for drivmiddel. Samtidig er skalerbarhet litt av et problem siden større nyttelast krever større aeroshell, noe som betyr enda mer masse.

Det er her oppblåsbare varmeskjold er spesielt nyttige. Ved å bruke denne teknologien vil NASA og andre romfartsbyråer kunne bruke større aeroshells som kan produsere mer drag mens du sparer på masse. Ved å innlemme ideer som LOFTID i romfartøyet, som bruker aerodynamiske krefter i stedet for fremdrift, vil NASA revolusjonere måten den leverer nyttelaster til planeter og i bane.

Konseptet er et eksempel på Hypersonic Inflatable Aerodynamic Decelerator (HIAD) -teknologi, som NASA har forsket på i over et tiår. HIAD gir ikke bare den mest masseeffektive måten å retardere et romfartøy som kommer inn i en planet med en atmosfære, men overvinner også emballasjebegrensningene for stive systemer ved å bruke oppblåsbare materialer som kan stuves i utsagnskjøretøyet.

Denne teknologien er derfor den mest masseeffektive måten å redusere et romfartøy som kommer inn i en planet med en atmosfære, og kan gi rom for større masser å bli levert til enhver høyde på planeten. Etter å ha gjennomført to suborbital flytester, LOFTID orbital flight test (i 2022) er det neste logiske trinnet i bevisprosessen, siden det vil tillate teknologien å bli validert for en rekke oppdragsapplikasjoner.

Når testen er fullført og teknologien kan integreres, LOFTID og andre HIAD-konsepter kan muliggjøre oppdrag til andre planeter og kropper i solsystemet, samt steder som er høyere i høyden. Den kan også brukes til nyttelaster og mannskaper som returnerer fra den internasjonale romstasjonen (ISS) til jorden, samt for å gjenvinne gjenbrukbare komponenter (for eksempel motorene på ULAs foreslåtte Vulcan-rakett).

Det pågår fortsatt tester ved NASAs Langley Research Center, der ingeniører forbereder det oppblåsbare varmeskjoldet for lansering. Dette består i å måle temperaturen på nitrogengass mens den lufter ut fra tankene som skal brukes under jomfrutesten. Pakke- og distribusjonstesting blir også utført av Airborne System, et fallskjermdesign- og produksjonsselskap i Santa Ana, California.

Hvis alt går bra med orbital-testen i 2022, kan vi forvente at aerosjeller av HIAD-type vil bli en vanlig funksjon for oppdrag til Mars, Venus, Titan og andre kropper i solsystemet som har tettere atmosfærer. Og husk å sjekke ut denne videoen av LOFTID-varmeskjoldet, takket være NASA Langley Research Center: