Soms om de beste oplossing voor een groot probleem te vinden, je moet klein beginnen.

Een team van NASA-ingenieurs heeft gewerkt aan een nieuw type Thermal Protection System (TPS) voor ruimtevaartuigen dat de status-quo zou verbeteren.

Na het zien van succes in het laboratorium met deze nieuwe materialen, de volgende stap is om in de ruimte te testen.

Het conforme ablatieve thermische beschermingssysteem, of CA-TPS, zal worden geïnstalleerd op een klein sondevluchtartikel geleverd door Terminal Velocity Aerospace (TVA) en gelanceerd op de zevende gecontracteerde commerciële bevoorradingsmissie van Orbital ATK voor NASA naar het internationale ruimtestation op 18 april.

TVA's RODE Data2-sonde, slechts iets groter dan een voetbal, is een onbemand verkenningsruimtevaartuig dat is ontworpen om informatie over zijn omgeving door te geven.

"Het doel van de vliegtest is om gegevens over het uiteenvallen van bevoorradingsvoertuigen te verzamelen en tegelijkertijd de prestaties van het conforme ablatieve thermische beschermingssysteem aan te tonen wanneer de sonde - ingekapseld met TPS - de atmosfeer van de aarde binnenkomt, " legde Ethiraj Venkatapathy uit, projectmanager voor Thermal Protection System Materials met het Game Changing Development (GCD) -programma van NASA's Space Technology Mission Directorate (STMD). "Thermische bescherming is een essentieel element dat ervoor zorgt dat een ruimtevaartuig niet verbrandt tijdens het binnenkomen."

"Gegevens verkregen uit vliegtesten zoals deze met TVA en NASA, gecombineerd met testen bij verschillende atmosferische samenstellingen, stelt ons in staat om met meer vertrouwen ontwerptools te bouwen voor toegang tot andere planetaire atmosferen zoals Venus, Mars of Titan, "Vervolgde hij. "Samenwerken met een klein bedrijf om vluchtgegevens te krijgen voor een ontwikkelingsmateriaal is een zeer goedkope manier om meerdere doelen te bereiken."

De TPS Venkatapathy en zijn team ontwerpen gebruik van nieuw opkomende materialen genaamd conforme PICA (C-PICA) en conforme SIRCA (C-SIRCA), afkorting voor fenol geïmpregneerde koolstofablator en siliconen geïmpregneerde herbruikbare keramische ablator, respectievelijk.

De sonde is in wezen een harde aeroshell bedekt met de TPS en uitgerust met sensoren die thermokoppels worden genoemd. Om de temperatuur te meten tijdens atmosferische invoer, de thermokoppels zijn ingebed in de C-PICA van het hitteschild en de C-SIRCA van de achterkant om gegevens vast te leggen om te begrijpen hoe de materialen zich gedragen in een daadwerkelijke invoeromgeving.

Met financiering via STMD/GCD, NASA's Ames Research Center leidde het werk en leverde conforme ablatieve materialen en TPS-instrumentatie geïnstalleerd op de sondes van Terminal Velocity. Terminal Velocity werkt ook samen met NASA's Johnson Space Center met financiering van STMD's Small Business Innovation Research-programma voor het miniaturiseren en verbeteren van het data-acquisitie- en transmissiesysteem en het bieden van ondersteuning voor ISS-vluchtcertificering.

Via het ISS Exploration Flight Project Initiative, Johnson heeft drie TVA-sondes gecertificeerd voor vluchten. Eén sonde gebruikt de conforme ablatieve materialen, een andere heeft het Orion-hitteschildmateriaal en de derde sonde gebruikt shuttle-tegelmateriaal ter referentie. TVA leverde voor deze vlucht de geassembleerde sondes aan de groep Cargo Mission Contract.

Nadat de lancering van de bevoorradingsdiensten van Orbital ATK bij het ISS aankomt, de sondes blijven op het vrachtschip in afwachting van hun kans om aan het werk te gaan. Naar verwachting in juni uit het ISS worden vrijgegeven, zodra het vrachtschip de atmosfeer van de aarde binnenkomt en uiteenvalt, de sondes zullen worden ingezet en beginnen met het vastleggen van gegevens via de thermokoppels die zijn ingebed in de TPS.

"De sondes zijn ontworpen om uit de metalen huls te komen en als ze eenmaal zijn losgelaten, ze beginnen warm te worden. De thermische responsgegevens worden verzameld van de verschillende locaties waar thermokoppels zijn ingebed in de TPS, " legt Robin Beck uit, technische leiding voor de conforme TPS-ontwikkeling. "De sonde bevat een antenne waarmee hij kan communiceren met een Iridium-satelliet. Terwijl de sonde in de atmosfeer afdaalt en vertraagt ​​tot de snelheid van het geluid, de gegevens worden verzameld en opgeslagen, vervolgens verzonden naar de Iridium-satelliet hierboven, die op zijn beurt de gegevens doorstuurt naar onderzoekers ter plaatse."

Zodra de gegevens van de vliegtest zijn verzameld, TVA's sonde mag in de oceaan vallen en wordt niet teruggevonden; echter, deze kleine ruimtevaartuigen zullen een zeer grote bijdrage leveren om ervoor te zorgen dat de voorspellende modellen die zijn ontwikkeld op basis van testen in grondfaciliteiten, geldig en toepasbaar zijn in de ruimte.

"Er zijn bekende en onbekende risico's, maar zowel NASA als TVA zijn gemotiveerd om succesvol te zijn, aangezien de voordelen zich ook vertalen naar de grotere gemeenschap die on-demand toegang tot de ruimte wil hebben, ", zegt Venkatapathy. "Deze technologie heeft het potentieel om de kosten van toegang tot de ruimte voor kleine nuttige ladingen te verlagen, terwijl het aantrekkelijk wordt voor universiteiten en de niet-luchtvaartgemeenschap die misschien beginners zijn op het gebied van vliegtesten - een uitdaging op zich en geen risico vrij."

Omdat er geen back-up is voor de TPS van een ruimtevaartuig, het is van cruciaal belang om voorspellingsmogelijkheden te begrijpen en te ontwikkelen die veilige, robuust ontwerp van het invoersysteem. Een succesvolle vliegtest op deze schaal zal het vertrouwen in de conforme ablator vergroten en missieplanners in staat stellen om C-PICA en C-SIRCA te overwegen voor gebruik in toekomstige programma's zoals New Frontiers of Orion.