Gorący pomysł na lekką osłonę chroniącą statki kosmiczne podczas wejścia w atmosferę
Ambitne plany UE w zakresie badań kosmicznych poza niską orbitą okołoziemską w ciągu najbliższej dekady koncentrują się na podróżach na Księżyc i Marsa. Maksymalne wykorzystanie tych skomplikowanych misji będzie wymagało użycia ciężkich i dużych instrumentów i urządzeń do nawigacji, eksploracji oraz pobierania próbek. Zaawansowane osłony termiczne odegrają kluczową rolę, jeśli chodzi o bezpieczeństwo i powodzenie tych misji. Obecne systemy chroniące lądowniki podczas wejścia w atmosferę wykorzystują sztywne osłony termiczne o bardzo dużej objętości i masie, co powoduje znaczące ograniczenie masy ładunków użytkowych. Nadmuchiwane osłony termiczne (ang. inflatable heat shields, IHS), dzięki swojej niewielkiej masie i zwartości, będą kluczowym elementem przyszłych misji. Amerykańska Narodowa Agencja Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej (NASA) nie jest już jedynym uczestnikiem w wyścigu. Dzięki finansowanemu przez UE projektowi EFESTO(odnośnik otworzy się w nowym oknie) Europa rozwija swój własny IHS, co wspiera jej niezależność i konkurencyjność w dziedzinie eksploracji przestrzeni kosmicznej.
Niższe „koszty” wejścia w atmosferę
Podczas wchodzenia statku kosmicznego w atmosferę z prędkością około 27 000 km/h, temperatura gwałtownie sprężonego powietrza na krawędziach natarcia sięga przeszło 1 400 °C. Osłony termiczne(odnośnik otworzy się w nowym oknie) umożliwiają statkom kosmicznym i ich ładunkom użytkowym bezpieczne dotarcie do miejsca docelowego, zarówno dzięki zmniejszeniu prędkości statku na skutek oporu powietrza, jak i dzięki odprowadzaniu ogromnego ciepła wytwarzanego podczas wejścia w atmosferę. IHS składają się z zewnętrznego elastycznego systemu ochrony termicznej i wewnętrznej nadmuchiwanej konstrukcji, dzięki której współczynnik kształtu i system nośny wytrzymują ciśnienie aerodynamiczne podczas wejścia w atmosferę. Oba mogą być składane i spakowywane, tak by można je było schować wewnątrz rakiety nośnej i nadmuchać przed wejściem na orbitę. „IHS otwierają drogę do zwiększenia masy ładunków użytkowych, a przy tym mają taką samą powierzchnię oporu jak sztywna osłona cieplna, ale przy znacznie mniejszej masie i objętości”, wyjaśnia Giuseppe Guidotti z Elecnor Deimos Space(odnośnik otworzy się w nowym oknie) oraz koordynator i kierownik projektu EFESTO.
Od określenia scenariusza misji do testów demonstracyjnych
Mimo że znane są podstawy fizyczne niezbędne do zastosowania IHS, zaprojektowanie IHS wymaga skomplikowanego modelowania, innowacyjnych rozwiązań projektowych i wymagających testów. „Projekt EFESTO objął pełne spektrum procesu opracowywania systemu. Nasze prace – począwszy od zdefiniowania scenariusza misji i identyfikacji przypadków użycia po zaprojektowanie systemu, zaprojektowanie demonstratora technologii i testy w odpowiednim środowisku – okazały się ogromnym sukcesem”, twierdzi Guidotti. Wyniki projektu podniosły poziom gotowości technologicznej (TRL) nowatorskiego IHS do TRL 4. „Kluczowe znaczenie dla tego sukcesu miał multidyscyplinarny wysiłek wspierany przez ścisłą interakcję wysoko wykwalifikowanych specjalistów i kluczowych podmiotów z międzynarodowej społeczności kosmicznej”, dodaje. Projekt EFESTO był kierowany przez Elecnor Deimos Space, a jego kluczowymi partnerami były Niemieckie Centrum Lotnictwa i Kosmonautyki, Francuskie Laboratorium Lotnicze, Włoskie Centrum Badań Lotniczych, Politechnika Turyńska oraz Aviospace. Cenny wkład wniosło włoskie Laboratorium MŚP Innowacyjnych Komponentów w dziedzinie Aeronautyki oraz kanadyjska firma Thin Red Line Aerospace.
Nowe horyzonty europejskiej eksploracji przestrzeni kosmicznej
„Projekt EFESTO przerósł oczekiwania i utorował drogę do realizacji całkowicie nowatorskich inicjatyw w Europie. To nie byłoby możliwe, gdyby nie wsparcie jakie otrzymaliśmy”, mówi Guidotti. Dynamiczny zespół poszerzył europejską wiedzę i możliwości projektowania systemów i misji opartych na IHS, a także przyczynił się do zwiększenia zainteresowania i zaangażowania Europy w dziedzinie IHS. „Zespół postawił przed sobą ambitne cele, które udało się zrealizować, dzięki czemu stanął przed nami otworem nowy obszar, w którym do tej pory tylko Stany Zjednoczone osiągały znaczące sukcesy”, dodaje na koniec Guidotti.
Słowa kluczowe
EFESTO, IHS, przestrzeń kosmiczna, osłona cieplna, kosmos, wejście w atmosferę, nadmuchiwana osłona cieplna, statek kosmiczny, system ochrony termicznej