En av de större utmaningarna med att skicka nyttolaster till Mars är att kämpa med planetens atmosfär. Även om det är otroligt tunt jämfört med jordens (med ungefär hälften av 1 procent av jordens lufttryck), den resulterande luftfriktionen är fortfarande ett problem för rymdfarkoster som vill landa där. Och ser på framtiden, NASA hoppas kunna landa tyngre nyttolaster på Mars, såväl som andra planeter - av vilka några kan ha atmosfärer lika täta som jorden.
En möjlig lösning på detta är användningen av uppblåsbara aeroskalvärmesköldar som erbjuder fördelar jämfört med styva. För att utveckla denna teknik, NASA och United Launch Alliance (ULA) har samarbetat för att utveckla en uppblåsbar värmesköld känd som Low-Earth Orbit Flight Test of an Inflatable Decelerator (LOFTID). Senast 2022, de hoppas kunna skicka denna banbrytande prototyp till låg omloppsbana (LEO), där det kommer att testas.
När ett rymdskepp går in i en atmosfär, aerodynamiska krafter utövar ett motstånd mot den. Detta saktar ner rymdfarkosten, omvandlar dess kinetiska energi till värme. Naturligtvis, denna värme kan bli väldigt intensiv, utgör ett hot mot rymdfarkosten och eventuell besättning den kan ha ombord. Således, nyttolaster och besättningsuppdrag är utrustade med värmesköldar för att skydda dem under atmosfäriskt inträde.
Sedan starten 1958, NASA har förlitat sig starkt på framdrivning av retroraketer och stela värmesköldar för att bromsa upp rymdfarkoster under inträde i omloppsbanan, nedstigning och landning (EDL). Tyvärr, dessa system kommer med sin del av nackdelar, inte minst är massan och behovet av drivmedel. På samma gång, skalbarhet är lite av ett problem eftersom större nyttolaster kräver ett större aeroskal, vilket betyder ännu mer massa.
Det är här uppblåsbara värmesköldar är särskilt användbara. Genom att använda denna teknik, NASA och andra rymdorganisationer skulle kunna använda större aeroshells som skulle kunna producera mer motstånd samtidigt som de sparar på massan. Genom att införliva idéer som LOFTID, som använder aerodynamiska krafter istället för framdrivning, NASA kommer att revolutionera sättet att leverera nyttolaster till planeter och i omloppsbana.
Konceptet är ett exempel på hypersonisk uppblåsbar aerodynamisk decelerator-teknik (HIAD), som NASA har forskat på i över ett decennium. HIAD tillhandahåller inte bara det mest masseffektiva sättet att bromsa en rymdfarkost som kommer in på en planet med en atmosfär, men övervinner också förpackningsbegränsningarna hos stela system genom att använda uppblåsbara material som kan stuvas i bärraketen.
Denna teknik är därför det mest masseffektiva sättet att bromsa en rymdfarkost som kommer in på en planet med atmosfär, och kunde leverera större massor till vilken höjd som helst på planeten. Efter att ha genomfört två suborbitala flygtest, LOFTID orbital flygtest (år 2022) är nästa logiska steg i bevisningsprocessen eftersom det kommer att göra det möjligt för tekniken att valideras för ett antal uppdragsapplikationer.
När testningen är klar och tekniken kan integreras, LOFTID och andra HIAD-koncept skulle kunna möjliggöra uppdrag till andra planeter och kroppar i solsystemet, samt platser som är högre i höjd. Den kan också användas för nyttolaster och besättningar som återvänder från den internationella rymdstationen (ISS) till jorden, samt för att återvinna återanvändbara komponenter såsom motorerna på ULA:s föreslagna Vulcan-raket.
Tester pågår fortfarande vid NASA:s Langley Research Center, där ingenjörer förbereder den uppblåsbara värmeskölden för lansering. Detta består av att mäta temperaturen på kvävgas när den ventileras från tankarna som kommer att användas under första testflygningen. Pack- och utplaceringstestning utförs också av Airborne System, ett fallskärmsdesign- och tillverkningsföretag i Santa Ana, Kalifornien.
Om allt går bra med orbitaltestet 2022, vi kan förvänta oss att HIAD-typ aeroskal kommer att bli en vanlig funktion för uppdrag till Mars, Venus, Titan, och andra kroppar i solsystemet som har tätare atmosfärer.
