ناسا فناوری‌های محافظ حرارتی نسل بعدی را نشان می‌دهد

ویرایش شده توسط گابی کلارک، بررسی توسط رابرت ایگان

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

ناسا برای آزمایش سپرهای حرارتی که می تواند فضانوردان را هنگام بازگشت از ماموریت به ماه و مریخ ایمن نگه دارد، رویکردی غیرمعمول دارد: بیرون آوردن زباله ها.

هنگامی که بیست و چهارمین ماموریت تامین بار نورث روپ گرومن برای ناسا از ایستگاه فضایی بین‌المللی خارج شد، ناوگانی متشکل از 12 کپسول آزمایشی کوچک را حمل کرد که برای آزمایش نسل بعدی مواد حفاظت حرارتی طراحی شده‌اند که می‌تواند به عنوان پایه‌ای برای سپرهای حرارتی آینده باشد.

این آزمایش که آزمایش کاوشگر مجدد کنتاکی (KREPE-3) نامیده می‌شود، سومین سری از مأموریت‌های کم‌هزینه و پربرخورد است که از لحظات پایانی عمر فضاپیمای باری برای جمع‌آوری داده‌های ارزشمند استفاده می‌کند.

این آزمایش با همکاری دانشگاه کنتاکی، ایالت کنتاکی، برنامه تاسیس ناسا برای تحریک تحقیقات رقابتی (EPSCoR)، چندین مرکز ناسا و سایر شرکای فدرال و تجاری انجام شده است.

دیوید برگر، مدیر برنامه EPSCoR در مقر ناسا در واشنگتن گفت: "KREPE-3 نمونه ای عالی از اهداف برنامه EPCoR ناسا است." ما از نسل بعدی دانشمندان و مهندسان حمایت می کنیم، زیرا آنها پروژه های منحصر به فردی را توسعه می دهند که به نفع آموزش آنها و اهداف ماموریت ناسا است."

قبل از اینکه فضاپیمای Cygnus XL ماموریت ایستگاه را ترک کند، فضانوردان آن را با زباله پر کردند و 12 کپسول کوچک حمل شده در داخل آن را فعال کردند. این کپسول که توسط دانشجویان دانشگاه کنتاکی طراحی شده است، دارای حسگرهایی است که دما، فشار، حرکت، میدان مغناطیسی و نور را در هنگام ورود مجدد اندازه گیری می کند.

همانطور که وسیله نقلیه بدون ضرر در جو زمین در مسیر برنامه ریزی شده خود از هم جدا می شود، کپسول ها خارج شده و شروع به جمع آوری داده ها در مورد نحوه عملکرد هر مجموعه از مواد سپر حرارتی آزمایشی می کنند. سیگنال‌های ماهواره‌ای داده‌های زنده را به محققان منتقل می‌کنند و بینش‌هایی را در مورد اینکه چگونه سپرهای حرارتی بزرگ‌تر می‌توانند از محموله یا خدمه آینده محافظت کنند، ارائه می‌کنند.

کیت پترسون، مهندس مواد در مرکز تحقیقات ایمز ناسا در دره سیلیکون کالیفرنیا گفت: «این یک روش هوشمندانه برای به دست آوردن اطلاعات پرواز در مورد موادی است که هنوز در حال توسعه هستند. ما اساسا در حال سوار شدن بر وسیله نقلیه ای هستیم که در حال بازگشت به زمین است.»

این کپسول ها دارای انواع اجزای محافظ حرارتی از جمله فناوری اثبات شده مانند مواد کاشی و سرامیک مورد استفاده در شاتل فضایی هستند. سایرین گزینه های جدیدی را آزمایش خواهند کرد، مانند یک سپر حرارتی چاپ سه بعدی از پروژه ساخت افزودنی سیستم های حفاظت حرارتی که در آزمایشگاه ملی جانسون و اوک ریج ناسا توسعه یافته است.

محققان ناسا ایمز در حال کمک به مواد متعددی در KREPE-3 هستند، از جمله دو کپسول که نسل بعدی پوشش‌های محافظی را که به نام مواد مهندسی شده برای ورود مجدد با استفاده از عملیات سوزن‌زنی نوآورانه (MERINO) شناخته می‌شوند، پرواز خواهند کرد. این مواد که از لایه‌هایی از الیاف کربن و فنولیک به هم دوخته شده‌اند مانند نمد ساخته شده‌اند، انعطاف‌پذیرتر، تولید سریع‌تر و ارزان‌تر از مواد محافظ سنتی هستند و آنها را به نامزدهای امیدوارکننده‌ای برای مأموریت‌های مریخ تبدیل می‌کند.

به لطف جو نازک‌تر مریخ، مأموریت‌های فرود بر روی سیاره سرخ شامل بارهای گرمایی کمتری می‌شوند و امکان محافظت سبک‌تر را فراهم می‌کنند.

کپسول سوم آن پوشش های محافظ را با عناصر دیگر ترکیب می کند. آزمایش مافوق صوت مخروطی ابزار دقیق کنتاکی از شکل دو مخروطی استفاده خواهد کرد. این یک نوک تنگستن متصل به یک مخروط لایه‌ای با کربن و الیاف پلاستیکی مقاوم در برابر حرارت و یک مخروط پشتی پیچیده شده در MERINO را ترکیب می‌کند. این طراحی منحصربه‌فرد مدل‌های رایانه‌ای را در برابر داده‌های دنیای واقعی تأیید می‌کند.

کپسول دیگری شبیه پوسته هوازی محافظ است که از ماموریت آتی ناسا، Dragonfly، در هنگام رسیدن به قمر زحل، تیتان محافظت می کند و پایداری دینامیکی طرح را آزمایش می کند. این ماده از ابلاتور کربن آغشته به فنولیک پوشانده شده است، ماده ای که در NASA Ames توسعه یافته است و برای وسایل نقلیه تجاری کاربرد دارد و در ماموریت های Stardust، Mars Science Laboratory و Mars 2020 ناسا پرواز کرده است.

یک کپسول یک سپر حرارتی قابل گسترش به نام فناوری ورود و قرارگیری قابل استقرار سازگار را آزمایش می کند که به شکل یک چتر برای افزایش سطح و فرود آهسته است. در مقیاس کامل، طراحی Adaptable Deployable Entry می تواند تا شود، و آن را برای استقرار محموله هایی که بزرگتر از موشک هایی هستند که آنها را به پرواز در می آورند ایده آل می کند.

در حالی که برخی از کپسول‌ها در حال آزمایش مواد جدید برای حمل مأموریت‌ها به مریخ هستند، برخی دیگر در حال آزمایش اشکال و طرح‌های جدیدی هستند که به تحقیق و درک بیشتر مدل‌سازی رایانه‌ای و طراحی حسگرها کمک می‌کند - فناوری‌هایی که می‌توانند درها را به روی نسل دیگری از نوآوری‌های طراحی مجدد باز کنند.

کپسول های اضافی که توسط شرکای داخلی و بین المللی ساخته شده اند، انواع مواد شناخته شده و جدید را آزمایش خواهند کرد، از جمله یک حسگر شار حرارتی که در دانشگاه اشتوتگارت در آلمان ساخته شده است که به محققان کمک می کند تا چگونگی حرکت گرما در سطح را در طول ورود مجدد اندازه گیری کنند.

پترسون گفت: "ما در حال جابجایی مرزهای کاری هستیم که سپرهای حرارتی می توانند انجام دهند." و ما آنها را به روشی سریع، مقرون به صرفه و فوق‌العاده مؤثر آزمایش می‌کنیم.»

کارشناسی ارشد زبان انگلیسی، ویرایشگر کپی از سال 2021 با تجربه در آموزش عالی و محتوای بهداشتی. تقدیم به اخبار معتبر علمی. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →