Jedan od izazovnijih aspekata istraživanja svemira i dizajniranja svemira je planiranje ponovnog ulaska. Čak i u slučaju tanko atmosferskih planeta poput Marsa, ulazak u atmosferu planeta izaziva veliku toplinu i trenje. Iz tog razloga svemirske letjelice uvijek su bile opremljene toplinskim štitnicima kako bi apsorbirale tu energiju i osigurale da se svemirski brod ne sruši ili izgori tijekom ponovnog ulaska.
Nažalost, trenutne svemirske letjelice moraju se osloniti na ogromne napuhavajuće ili mehanički postavljene štitove, koji su često teški i složeni za uporabu. Da bi se riješio ovog problema, doktorski studij sa Sveučilišta u Manchesteru razvio je prototip toplinskog štitnika koji bi se oslanjao na centrifugalne sile za učvršćivanje fleksibilnih, laganih materijala. Ovaj prototip, koji je prvi takve vrste, mogao bi smanjiti troškove putovanja u svemir i olakšati buduće misije na Mars.
Koncept je predložio Rui Wu, doktorski studij Manchesterove škole za strojarstvo, zrakoplovstvo i građevinarstvo (MACE). Pridružili su mu se Peter C.E. Roberts i Carl Driver - stariji predavač inženjerstva svemirskih letjelica i predavač na MACE-u - i Constantinos Soutis sa Sveučilišta u Manchesteru.
Jednostavno rečeno, planete s atmosferom omogućuju svemirskim brodovima da koriste aerodinamičko povlačenje kako bi usporili pripremu za slijetanje. Ovaj postupak stvara ogromnu količinu topline. U slučaju Zemljine atmosfere stvaraju se temperature od 10 000 ° C (18 000 ° F), a zrak oko svemirskog broda može se pretvoriti u plazmu. Iz tog razloga svemirski brodovi trebaju toplinski štit postavljen sprijeda koji može podnijeti ekstremnu toplinu i ima aerodinamični oblik.
Prilikom razmještanja na Mars okolnosti su nešto drugačije, ali izazov ostaje isti. Dok je marsovska atmosfera manja od 1% u odnosu na zemljinu - s prosječnim površinskim tlakom od 0,636 kPa u usporedbi sa zemljinim 101,325 kPa, svemirskim brodicama je i dalje potreban toplinski oklop kako bi se izbjeglo izgaranje i prenošenje velikih tereta. Dizajn potencijalno rješava oba ova problema.
Dizajn prototipa, koji se sastoji od oklopa u obliku suknje predviđenog za okretanje, želi stvoriti toplinski štit koji može zadovoljiti potrebe trenutnih i budućih svemirskih misija. Kao što je Wu objasnio:
"Svemirski brod za buduće misije mora biti veći i teži nego ikad prije, što znači da će toplinski štitnici postati sve preveliki za upravljanje ... Svemirski brod za buduće misije mora biti veći i teži nego ikad prije, što znači da će toplinski štitovi postati sve preveliki da bi se mogli upravljati njima. „.
Wu i njegovi kolege opisali su njihov koncept u nedavnoj studiji koja se pojavila u časopisuArca Astronautica (pod nazivom "Fleksibilni toplinski štitnici raspoređeni centrifugalnom silom"). Dizajn se sastoji od naprednog, fleksibilnog materijala koji ima visoku temperaturnu toleranciju i omogućava jednostavno sklapanje i spremanje u svemirskom brodu. Materijal postaje krut jer štit primjenjuje centrifugalnu silu, što se postiže okretanjem pri ulasku.
Do sada su Wu i njegov tim radili test pada na prototipu s nadmorske visine od 100 m (328 stopa) pomoću balona (čiji je videozapis objavljen u nastavku). Također su proveli strukturnu dinamičku analizu koja je potvrdila da je toplinski štit sposoban automatski uključiti dovoljnu brzinu vrtnje (6 okretaja u sekundi) kada se raspoređuje s visine veće od 30 km (18,64 mi) - što se poklapa sa zemaljskom stratosferom.
Tim je također izvršio toplinsku analizu koja je pokazala da toplinski štit može smanjiti prednje krajnje temperature za 100 K (100 ° C; 212 ° F) na vozilu veličine CubeSat bez potrebe za toplinskom izolacijom oko samog štita (za razliku od građevina na napuhavanje ). Dizajn je također samoregulirajući, što znači da se ne oslanja na dodatne strojeve, a još više smanjuje težinu svemirskog broda.
Za razliku od konvencionalnih dizajna, njihov se prototip može prilagoditi za upotrebu na manjim svemirskim brodovima poput CubeSats-a. Ako je opremljen takvim štitom, CubeSats mogao bi se dobiti nakon što ponovo uđe u Zemljinu atmosferu, postajući tako ponovo upotrebljiv. To je sve u skladu s trenutnim naporima da se istraživanje i istraživanje prostora svelo na isplativost, dijelom kroz razvoj dijelova koji se mogu ponovo koristiti i koji se mogu ponovno koristiti. Kao što je Wu objasnio:
„Sve se više istraživanja provodi u svemiru, ali to je obično vrlo skupo i oprema mora dijeliti vožnju s drugim vozilima. Budući da je ovaj prototip lagan i fleksibilan za upotrebu na manjim satelitima, istraživanje bi moglo biti lakše i jeftinije. Toplinski štit također će pomoći uštedi troškova u misijama oporavka, jer njegovo veliko inducirano povlačenje smanjuje količinu goriva sagorjenog pri ponovnom ulasku. "
Kad dođe vrijeme da se na Mars stave teže svemirske letjelice, što će vjerojatno uključivati i posade s misijama, posve je moguće da se toplinski štitnici koji osiguravaju siguran dolazak na površinu sastoje od laganih, fleksibilnih materijala koji se okreću kako bi postali kruti. U međuvremenu, ovaj dizajn mogao bi omogućiti lagane i kompaktne sustave za ulazak za manje svemirske letjelice, čineći istraživanje CubeSat mnogo povoljnijim.
Takva je priroda modernog istraživanja svemira, koja se sastoji u smanjenju troškova i učinjenju prostora pristupačnijim. Obavezno pogledajte ovaj videozapis iz timskog ispada, iz ljubaznosti Rui Wuija i MACE tima:
