Den här bilden visar ingångssonden och det yttre metallhöljet. Metallskalet gör att sonden kan anslutas till försörjningsskeppet och underlättar också att sonden frigörs under uppbrytning av förrådsrymdfarkosten under återinträde. Kredit:NASA
Ibland för att hitta den bästa lösningen på ett stort problem, du måste börja smått.
Ett team av NASA-ingenjörer har arbetat på en ny typ av termiskt skyddssystem (TPS) för rymdfarkoster som skulle förbättra status quo.
Efter att ha sett framgång i laboratoriet med dessa nya material, nästa steg är att testa i rymden.
Det konforma ablativa termiska skyddssystemet, eller CA-TPS, kommer att installeras på en liten sondflygartikel som tillhandahålls av Terminal Velocity Aerospace (TVA) och lanseras på Orbital ATK:s sjunde kontrakterade kommersiella återförsörjningsuppdrag för NASA till den internationella rymdstationen den 18 april.
TVAs RED Data2-sond, bara något större än en fotboll, är en obemannad utforskande rymdfarkost designad för att överföra information om sin miljö.
"Syftet med flygtestet är att samla in data om sönderdelning av leveransfordon och samtidigt demonstrera prestandan hos det konforma ablativa termiska skyddssystemet när sonden – inkapslad med TPS – kommer in i jordens atmosfär, " förklarade Ethiraj Venkatapathy, projektledare för Thermal Protection System Materials med NASA:s Space Technology Mission Directorate (STMD) Game Changing Development (GCD) program. "Termiskt skydd är ett viktigt element som skyddar en rymdfarkost från att brinna upp under inträde."
De tre sonderna som visas i bilden ovan kommer att återinträda under försörjningen av rymdskepp och samla in data. Sonden till vänster har konform TPS, sonden i mitten är Orions Avcoat TPS och sonden till höger är gjord av Shuttle Tile. Kredit:NASA
"Data erhållen från flygtester som denna med TVA och NASA, kombinerat med testning vid olika atmosfäriska sammansättningar, tillåter oss att bygga designverktyg med högre tillförsikt för inträde i andra planetariska atmosfärer som Venus, Mars eller Titan, " fortsatte han. "Att samarbeta med ett litet företag för att få flygdata för ett utvecklingsmaterial är ett mycket billigt sätt att uppnå flera mål."
TPS Venkatapathy och hans team designar använder nyligen framväxande material som kallas conformal PICA (C-PICA) och conformal SIRCA (C-SIRCA), förkortning för fenolimpregnerad kolablator och silikonimpregnerad återanvändbar keramisk ablator, respektive.
Sonden är i huvudsak ett hårt aeroskal täckt med TPS och utrustad med sensorer som kallas termoelement. För att mäta temperaturen under atmosfäriskt inträde, termoelementen är inbäddade i värmesköldens C-PICA och bakskalets C-SIRCA för att fånga data för att förstå hur materialen beter sig i en faktisk ingångsmiljö.
Med finansiering genom STMD/GCD, NASA:s Ames Research Center ledde arbetet med att tillhandahålla konforma ablativa material och TPS-instrument installerade på Terminal Velocitys sonder. Terminal Velocity arbetar också med NASA:s Johnson Space Center med finansiering från STMD:s Small Business Innovation Research-program för att miniatyrisera och förbättra datainsamlings- och överföringssystemet samt ge stöd för ISS-flygcertifiering.
Genom ISS Exploration Flight Project Initiative, Johnson certifierade tre TVA-sonder för flygning. En sond använder de konforma ablativa materialen, en annan har Orion värmesköldmaterial och den tredje sonden använder skyttelplattamaterial som referens. TVA levererade de sammansatta sonderna till Cargo Mission Contract-gruppen för denna flygning.
Efter att Orbital ATK:s lansering av återförsörjningstjänster anländer till ISS, sonderna kommer att stanna kvar på lastfartyget i väntan på deras möjlighet att gå till jobbet. Planeras att släppas från ISS i juni, när lastfartyget åter går in i jordens atmosfär och går sönder, sonderna kommer att distribueras och börjar sedan fånga data genom termoelementen inbäddade i TPS.
"Sonderna är designade för att frigöras från det metalliska skalet och när de väl släpps, de börjar bli uppvärmda. Termisk responsdata samlas in från de olika platserna där termoelement är inbäddade i TPS, " förklarar Robin Beck, teknisk ledare för den konforma TPS-utvecklingen. "Sonden inkluderar en antenn som gör att den kan kommunicera med en Iridium-satellit. När sonden går ner i atmosfären och saktar ner till ljudets hastighet, uppgifterna samlas in och lagras, sänds sedan till Iridium-satelliten ovan, som i sin tur överför data till forskare på plats."
När flygtestets data har samlats in, TVA:s sond tillåts falla i havet och återvinns inte; dock, dessa små rymdfarkoster kommer att bidra på ett mycket stort sätt för att säkerställa att de prediktiva modellerna som utvecklats baserat på tester i markanläggningar är giltiga och tillämpliga i rymden.
"Det finns kända och okända risker, men både NASA och TVA är motiverade att bli framgångsrika eftersom fördelarna också översätts till det större samhället som vill ha tillgång till rymden på begäran, " säger Venkatapathy. "Denna teknik har potentialen att sänka kostnaden för tillgång till utrymme för små nyttolaster samtidigt som den gör den attraktiv för universitet och icke-flygsamhället som kan vara nybörjare när det gäller flygtestning - en utmaning i sig och inte risk. fri."
Eftersom det inte finns någon backup för ett rymdskepps TPS, det är viktigt att förstå och utveckla förutsägelsemöjligheter som möjliggör säker, robust ingångssystemdesign. Ett framgångsrikt flygtest i denna skala kommer att öka förtroendet för den konforma ablatorn och göra det möjligt för uppdragsplanerare att överväga C-PICA och C-SIRCA för användning i framtida program som New Frontiers eller Orion.
