science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Opblaasbare vertrager zal meeliften op de JPSS-2-satelliet

Ingenieurs bereiden zich voor op de installatie van het flexibele hitteschild op de opblaasbare structuur. Het uitzicht is vanaf de onderkant, hitteschild zit bovenop. De gouden banden die aan de zwarte driehoeken hangen, worden aan de opblaasbare structuurband bevestigd en gespannen. Krediet:NASA's Langley Research Center

Een opblaasbare vertragingstechnologie die ooit mensen zou kunnen helpen om op Mars te landen, zal op dezelfde Atlas V-raket vliegen als de JPSS-2-satelliet.

De Apollo-maanlanders vuurden retro-raketten af ​​om mensen op de maan te laten landen. De spaceshuttle vertrouwde op weerstand uit de atmosfeer om als een rem te werken tijdens de terugkeer naar de aarde. Maar raketten afvuren vereist veel brandstof. En de atmosfeer van Mars, die ongeveer 100 keer dunner is dan de onze, is te dun om genoeg weerstand te produceren om een ​​ruimtevaartuig zo gemakkelijk als we kunnen op aarde te vertragen.

De 2, 000-pond Curiosity Rover, die in 2012 op Mars landde is het grootste dat we ooit naar de Rode Planeet hebben gestuurd, en dicht bij de gewichtslimiet voor bestaande vertragingstechnologie.

"Direct, hitteschilden zijn stijf, en de maximale grootte wordt beperkt door de grootte van het draagraket, " zei Barry Bryant, projectmanager voor de Low-Earth Orbit Flight Test van een opblaasbare vertrager, of LOFTID, bij NASA's Langley Research Center.

Om mensen en hun lading naar Mars te brengen, zijn veel grotere ladingen nodig. Mensen hebben veel voedsel nodig, water, lucht, isolatie, stralingsbescherming en levensondersteunende systemen - rovers niet.

"Om mensen naar Mars te brengen, we moeten een klein huis afleveren, " zei Neil Cheatwood, hogere ingenieur voor planetaire ingang, afdaling en landing bij NASA's Langley Research Center. "Je hebt een aeroshell nodig die veel groter is dan in een raket past."

Low-Earth Orbit Flight Test van een opblaasbare vertrager, of LOFTID, is de volgende vluchtmissie van de HIAD-technologie (opblaasbare hitteschilden). HIAD bevindt zich op het snijvlak van hitteschilden en NASA Langley-onderzoekers hebben onlangs de LOFTID HIAD getest door een afblaastest uit te voeren om de gasinname te meten. Krediet:NASA

Maar om op een dag die lading af te leveren, ingenieurs moeten eerst aantonen dat de vertrager de ongelooflijke hitte en snelheden van terugkeer kan overleven.

Voer LOFTID in, een samenwerking tussen NASA's Space Technology Mission Directorate en United Launch Alliance. Het is de nieuwste stap in een soort technologie die bekend staat als Hypersonic Opblaasbare Aerodynamische Decelerator.

LOFTID zal in maart 2022 als rideshare vliegen met de JPSS-2-satelliet in een baan om de aarde.

Deze vlucht zal geen lading vervoeren, maar zal het vermogen van het voertuig testen om de terugkeer naar de aarde vanuit de ruimte te overleven, de gewenste atmosferische weerstand produceren en, Cheatwood zei, "vertoon voldoende aerodynamische stabiliteit om ons naar voren gericht te houden en niet alleen in tuimelen te komen."

JPSS-2, om te worden hernoemd tot NOAA-21 nadat het in een baan om de aarde is gekomen, is een voortzetting van de Joint Polar Satellite System-serie satellieten, die gegevens leveren die zevendaagse voorspellingen en extreme weersomstandigheden informeren. Instrumenten van de JPSS-satellieten vertellen ons ook over bosbranden, vulkanen, atmosferische ozon, ijsverlies en de gezondheid van de oceaan.

"Onze JPSS-2-missie is letterlijk gericht op de aarde, " zei Greg Mandt, directeur van het JPSS-programma. "Het is een geweldige bonus om te bedenken dat we een deel van de overtollige capaciteit van ons Atlas-lanceervoertuig zouden kunnen delen om technologieën te testen die menselijke verkenning van Mars zullen ondersteunen."

Artistieke weergave van de LOFTID aeroshell en lading. Voor dit vliegexperiment het laadvermogen bestaat uit het opblaassysteem (grote groene tanks), instrumentatie door het flexibele hitteschild en de opblaasbare structuur, gegevensverwerking, interne datarecorder, uitwerpbare datarecorder en parachute. Krediet:NASA's Langley Research Center

LOFTID wordt tijdens de lancering opgevouwen en stevig ingepakt en vervolgens opgeblazen net voordat hij weer binnenkomt. De opblaasbare structuur is gemaakt van synthetische vezels, gevlochten tot buizen die 15 keer sterker zijn dan staal. De buizen zijn opgerold, zodat wanneer ze worden opgeblazen, ze vormen de vorm van een stompe kegel. Het thermische beschermingssysteem dat de opblaasbare structuur bedekt, is ontworpen om brandende intredetemperaturen te doorstaan ​​en is bestand tegen 2, 900 graden Fahrenheit. De aeroshell die voor de vluchtdemonstratie is gebouwd, zal bij gebruik een diameter van 20 voet bereiken, bijna vijf keer zo groot als hij is opgeborgen en zo lang als een mini-schoolbus. Ingenieurs denken dat het kan worden opgeschaald om grote payloads aan te kunnen.

"Als je kijkt naar zuinige auto's, ze zijn gestroomlijnd om weerstand te minimaliseren, " zei Cheatwood, die ook de hoofdonderzoeker is voor LOFTID. "Een deel van hun efficiëntie komt van lage massa, en een deel is de aerodynamische vorm. We zoeken het tegenovergestelde. We willen de weerstand maximaliseren."

Nadat de JPSS-2-satelliet in zijn baan is gebracht, de centaur, de tweede trap van de raket, zal een deorbit-manoeuvre naar een lagere baan uitvoeren. De Centaur zal het LOFTID-voertuig naar het gewenste atmosferische ingangspunt richten en de aeroshell laten opblazen. De Centaur zal het voertuig dan laten draaien om het gyroscopische stabiliteit te geven, werp het uit, en voer vervolgens een omleidingsmanoeuvre uit. Terwijl LOFTID de atmosfeer van de aarde weer binnengaat, het zal vertragen van hypersonische naar subsonische snelheden, een parachute inzetten en dan landen, waarschijnlijk in de Stille Oceaan bij Hawaï. Verwacht wordt dat het snelheden tot 5 mijl per seconde zal bereiken.

Mensen naar het oppervlak van Mars brengen is slechts een van de vele mogelijke toepassingen voor LOFTID. United Launch Alliance is geïnteresseerd in het potentieel om boostermotoren na de lancering te herstellen. De technologie kan ook worden gebruikt om apparatuur terug te halen uit het internationale ruimtestation of om materialen zoals glasvezelkabels die in de ruimte zijn vervaardigd, terug te sturen.

"ULA is verheugd om samen te werken met NOAA en NASA om deze kritieke technologie te demonstreren, " zei Michael Holguin, senior programmamanager voor de LOFTID-missie voor United Launch Alliance. "Niet alleen voor het terugwinnen van motoren voor het hergebruik van motoren in het Vulcan Centaur-programma, maar ook voor het hele ruimteprogramma, terugkeer van ruimtevoertuigen naar de aarde en andere planetaire lichamen."