En raket går upp i rymden med ett dragsegel. Målet? För att dragseglet ska föra raketen tillbaka till jorden, hindrar det från att bli som de tusentals bitar av rymdskräp i jordens nedre omloppsbana.

Dragseglet, utvecklad av Purdue Universitys ingenjörer, kommer att vara ombord på en Firefly Aerospace-raket som förväntas skjutas upp i november från Vandenberg Air Force Base i Kalifornien.

Detta segel och sex andra "Dedicated Research and Education Accelerator Mission" (DREAM) nyttolaster flyger på Firefly Aerospaces Alpha-uppskjutning, den första flygningen för bärraketbolaget.

"Högvärdiga banor runt jorden blir överbelastade, sa David Spencer, en Purdue adjungerad docent i flygteknik och astronautik och uppdragsledaren för Mars Sample Return Campaign vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory.

"Om vi ​​inte får ut satelliter eller andra bärraketkomponenter ur omloppsbana, så kommer till slut mycket utnyttjade banor att bli oanvändbara för andra rymdsystem, ", sa han. "Drag segelteknologi är utformad för att starta med en värdfarkost eller bärraket och distribueras i slutet av värdfordonets uppdrag. Luftmotståndet från jordens atmosfär kommer att accelerera fordonets omloppsbana."

Kallas "Spinnaker3, "Detta dragsegel är inte det första som skjuts upp i rymden. Men det är bland de första som är tillräckligt stort för att vända det övre skedet av en bärraket. Uppskjutningen av Firefly Alpha kommer att riktas mot en omloppshöjd på cirka 200 miles, men dragseglet Spinnaker3 är kapabelt att ge deorbitkapacitet från omloppshöjder på 400 miles eller högre.

Detta tack vare 3 meter långa kolfiberbommar (därav "3an" i namnet) som drar ut ett segel med en yta på 194 kvadratfot.

Seglet i sig är gjort av ett skimrande genomskinligt material, en fluorerad polyimid som kallas CP-1, producerad av företaget NeXolve. Materialet är designat för att motstå nedbrytning från monoatomiskt syre i låg jordomloppsbana.

Purdue rymdfarkostslaboratorieingenjör Anthony Cofer ledde designen och testningen av dragsegelenheten.

"Detta dragsegel har bommar som en segelbåt har, men att segla genom rymden är väldigt annorlunda. Dragsegelbommarna måste vara extremt lätta, och de måste stuvas i en tät volym, ", sa Cofer. "När den har utplacerats, seglet måste bibehålla sin integritet under hela deorbitfasen, som kan vara månader eller år."

Uppskjutningsfordon och andra rymdfarkoster kretsar vanligtvis på egen hand med hjälp av drivmedel, men dessa drivmedelsbehov begränsar nyttolasten som en bärraket kan ta upp till rymden. Dragsegel använder atmosfärsdrag för att få jobbet gjort, sparar värdefullt drivmedel och minskar fordonets totala massa.

Amerikanska rymdfarkoster är skyldiga att ta sig ur bana inom 25 år efter uppdragets slut. Om en satellit eller bärraket blir ur funktion, den kan inte använda drivmedel för att vända sig. Ett dragsegel hjälper passivt rymdfarkoster att vända sig om även om det inte fungerar eller saknar drivmedel.

Firefly Aerospace Alpha-uppskjutningen kommer att vara ett test av hur väl Spinnaker3-prototypen hjälper bärraketsteget att gå ur bana.

"Många saker kan vända sig av sig själva på ungefär hundra år, men det hjälper oss inte. Vi vill påskynda den där avorbiteringen med ett dragsegel, sa Arly Black, en Purdue Ph.D. kandidat inom flyg- och astronautik, som genomförde systemtestning och prestandaanalys för Spinnaker3.

"Med hänsyn till förväntade atmosfäriska förhållanden för november, Firefly Aerospace-raketen kunde vända sig själv på en låg höjd av cirka 200 miles inom 25 dagar. Använder Spinnaker3, avorbiteringsprocessen kan förkortas till 15 dagar."

Att ta sig ur bana utan segel på 25 dagar är redan en rimlig tid för låga höjder, Black sa, men när uppskjutningshöjden ökar, så gör avgångstiden, ökar sannolikheten för kollision med andra föremål. Att snabba upp den avgångstiden med ett dragsegel skulle göra en enorm skillnad.

Spinnaker3 är en prototyp för en produktlinje av dragsegel som utvecklas av Vestigo Aerospace LLC, ett startup-företag grundat av Spencer. Tanken är att utveckla dragsegel av varierande storlekar och bomlängder skräddarsydda för typen av rymdfarkost. Tekniken är licensierad från Purdue Research Foundation. Spencer har arbetat med Purdue Foundry med utveckling av affärsmodeller för startupen.

Produktlinjen inkluderar också ett Spinnaker1-segel, som har 1 meter långa bommar som är designade för att bryta ut mindre satelliter som CubeSats som används för rymdforskning.

Spencer regisserade den årlånga utvecklingen av Spinnaker3 av studenter, fakultet och personal vid Purdues Space Flight Projects Laboratory. Dragsegelutvecklingen inkluderade också bidrag från 18 grund- och doktorander som en del av en kurs om rymdflygningsprojekt.

Labbtestning av Spinnaker3 på Purdue slutfördes under våren. Ett team vid California Polytechnic State University, San Luis Obispo bidrog med en flygelektronikenhet som tillhandahåller kraft och kommunikation för nyttolasten, samt avbildningskapacitet som gör att bilder av seglet kan överföras till jorden efter utplacering.

Vestigo Aerospace samarbetade med Purdue för en NASA Fas I SBIR-utmärkelse och har nyligen tilldelats en tvåårig Fas II-undersökning för att främja dragsegelteknologi. Purdues huvudutredare för SBIR är Alina Alexeenko, professor vid School of Aeronautics and Astronautics.