Ingenjörer förbereder sig för den flexibla värmesköldinstallationen på den uppblåsbara strukturen. Utsikten är från undersidan, värmeskölden är på toppen. Guldbanden som hänger från de svarta trianglarna kommer att fästas på den uppblåsbara strukturen och spännas. Kredit:NASAs Langley Research Center
En uppblåsbar retardatorteknik som en dag kan hjälpa människor att landa på Mars kommer att flyga på samma Atlas V-raket som JPSS-2-satelliten.
Apollo-månlandarna avfyrade retroraketer för att landa människor på månen. Rymdfärjan förlitade sig på luftmotstånd från atmosfären för att fungera som en broms under återinträde på jorden. Men att avfyra raketer kräver att man drar mycket bränsle. Och Mars atmosfär, som är ungefär 100 gånger tunnare än vår egen, är för tunn för att producera tillräckligt med motstånd för att bromsa en rymdfarkost så lätt som vi kan på jorden.
Den 2, 000 pund Curiosity Rover, som landade på Mars 2012, är det största vi någonsin har skickat till den röda planeten, och nära viktgränsen för befintlig retardationsteknik.
"Just nu, värmesköldar är styva, och den maximala storleken är begränsad av bärraketens storlek, sa Barry Bryant, projektledare för Low-Earth Orbit Flight Test of an Inflatable Decelerator, eller LOFTID, vid NASA:s Langley Research Center.
Att leverera människor och deras last till Mars kommer att kräva mycket större nyttolaster. Människor behöver mycket mat, vatten, luft, isolering, strålskydd och livsuppehållande system — rovers gör det inte.
"För att ta människor till Mars, vi måste leverera ett litet hus, sa Neil Cheatwood, senior ingenjör för planetinträde, nedstigning och landning vid NASA:s Langley Research Center. "Du behöver ett aeroskal som är mycket större än du får plats i en raket."
Men för att en dag kunna leverera den nyttolasten, ingenjörer måste först visa att retardatorn kan överleva den otroliga värmen och hastigheterna för återinträde.
Ange LOFTID, ett partnerskap mellan NASA:s Space Technology Mission Directorate och United Launch Alliance. Det är det senaste steget i en typ av teknik som kallas Hypersonic Inflatable Aerodynamisk Decelerator.
LOFTID kommer att flyga som en samåkning med den polära satelliten JPSS-2 i mars 2022.
Denna flygning kommer inte att bära någon nyttolast, men kommer att testa fordonets förmåga att överleva återinträde till jorden från rymden, producera det önskade luftmotståndet och, Cheatwood sa, "uppvisa tillräcklig aerodynamisk stabilitet för att hålla oss pekade framåt och inte bara komma in tumlande."
JPSS-2, att döpas om till NOAA-21 efter att ha hamnat i omloppsbana, är en fortsättning på Joint Polar Satellite System-serien av satelliter, som ger data som informerar sjudagarsprognoser och extrema väderhändelser. Instrument från JPSS-satelliterna berättar också om skogsbränder, vulkaner, atmosfäriskt ozon, isförlust och havets hälsa.
"Vårt JPSS-2-uppdrag är bokstavligen fokuserat på jorden, sade Greg Mandt, chef för JPSS-programmet. "Att tro att vi skulle kunna dela en del av överkapaciteten från vår Atlas bärraket för att testa teknologier som kommer att stödja mänsklig utforskning av Mars är en enorm bonus."
Konstnärsrendering av LOFTID aeroshell och nyttolast. För detta flygexperiment, nyttolasten består av uppblåsningssystemet (stora gröna tankar), instrumentering genom hela den flexibla värmeskölden och den uppblåsbara strukturen, data hantering, intern datainspelare, utkastbar datainspelare och fallskärm. Kredit:NASAs Langley Research Center
LOFTID fälls ihop och packas tätt under lanseringen och blåses sedan upp precis innan återinträde. Den uppblåsbara strukturen är gjord av syntetiska fibrer, flätade till rör som är 15 gånger starkare än stål. Rören är lindade så att när de är uppblåsta, de bildar formen av en trubbig kon. Det termiska skyddssystemet som täcker den uppblåsbara strukturen är designat för att överleva brännande ingångstemperaturer och kan motstå 2, 900 grader Fahrenheit. Aeroskalet byggt för flygdemonstrationen kommer att nå 20 fot i diameter när det utplaceras, nästan fem gånger så stor när den stuvas och längden på en mini skolbuss. Ingenjörer tror att den kan skalas upp för att rymma stora nyttolaster.
"Om du tittar på bränslesnåla bilar, de är strömlinjeformade för att minimera motståndet, sa Cheatwood, som också är huvudutredare för LOFTID. "En del av deras effektivitet kommer från låg massa, och en del är den aerodynamiska formen. Vi letar efter motsatsen. Vi vill maximera motståndet."
Efter att JPSS-2-satelliten har levererats till sin omloppsbana, Kentauren, raketens andra steg, kommer att göra en omloppsmanöver till en lägre omloppsbana. Centauren pekar LOFTID-fordonet mot dess önskade atmosfäriska ingångspunkt och låter aeroshellen blåsa upp. Kentauren kommer sedan att snurra upp fordonet för att ge det gyroskopisk stabilitet, kasta ut det, och sedan utföra en avledningsmanöver. När LOFTID åter går in i jordens atmosfär, det kommer att sakta ner från hypersonisk till subljudshastighet, sätta ut en fallskärm och sedan landa, troligen i Stilla havet nära Hawaii. Den förväntas nå hastigheter så snabbt som 5 miles per sekund.
Att få människor till ytan av Mars är bara en av många möjliga tillämpningar för LOFTID. United Launch Alliance är intresserade av dess potential att återställa boostermotorer efter lanseringen. Tekniken kan också användas för att dra tillbaka utrustning från den internationella rymdstationen eller för att returnera material som fiberoptiska kablar tillverkade i rymden.
"ULA är glada över att arbeta med NOAA och NASA för att demonstrera denna kritiska teknologi, sa Michael Holguin, senior programledare för LOFTID-uppdraget för United Launch Alliance. "Inte bara för återvinning av motorer för återanvändning av motorer i Vulcan Centaur-programmet, men också för hela rymdprogrammet, återinträde av rymdfarkoster till jorden såväl som andra planetariska kroppar."
