A volte per trovare la soluzione migliore a un grosso problema, devi iniziare in piccolo.

Un team di ingegneri della NASA ha lavorato su un nuovo tipo di sistema di protezione termica (TPS) per veicoli spaziali che migliorerebbe lo status quo.

Avendo visto il successo in laboratorio con questi nuovi materiali, il prossimo passo è testare nello spazio.

Il sistema di protezione termica ablativa conforme, o CA-TPS, sarà installato su un piccolo articolo di volo sonda fornito da Terminal Velocity Aerospace (TVA) e lanciato sulla settima missione di servizi di rifornimento commerciale di Orbital ATK per la NASA alla Stazione Spaziale Internazionale il 18 aprile.

Sonda RED Data2 di TVA, solo leggermente più grande di un pallone da calcio, è un veicolo spaziale esplorativo senza equipaggio progettato per trasmettere informazioni sul suo ambiente.

"Lo scopo del test di volo è raccogliere dati sulla rottura del veicolo di rifornimento e allo stesso tempo dimostrare le prestazioni del sistema di protezione termica ablativa conforme mentre la sonda, incapsulata con TPS, entra nell'atmosfera terrestre, " ha spiegato Ethiraj Venkatapathy, project manager per i materiali del sistema di protezione termica con il programma Game Changing Development (GCD) della NASA Space Technology Mission Directorate (STMD). "La protezione termica è un elemento vitale che salvaguarda un veicolo spaziale dall'incendio durante l'ingresso".

"Dati ottenuti da test di volo come questo con TVA e NASA, combinato con test a diverse composizioni atmosferiche, ci consente di costruire strumenti di progettazione con maggiore sicurezza per l'ingresso in altre atmosfere planetarie come Venere, Marte o Titano, " ha continuato. "Collaborare con una piccola impresa per ottenere dati di volo per un materiale di sviluppo è un modo molto economico per raggiungere più obiettivi".

Il TPS Venkatapathy e il suo team stanno progettando nuovi materiali emergenti chiamati conformal PICA (C-PICA) e conformal SIRCA (C-SIRCA), abbreviazione di ablatore di carbonio impregnato fenolico e ablatore di ceramica riutilizzabile impregnato di silicone, rispettivamente.

La sonda è essenzialmente un aeroshell rigido ricoperto di TPS e dotato di sensori chiamati termocoppie. Per misurare la temperatura durante l'ingresso nell'atmosfera, le termocoppie sono incorporate nel C-PICA dello scudo termico e nel C-SIRCA del guscio posteriore per acquisire dati per comprendere come si comportano i materiali in un ambiente di ingresso effettivo.

Con finanziamenti tramite STMD/GCD, L'Ames Research Center della NASA ha guidato il lavoro fornendo materiali ablativi conformi e strumentazione TPS installata sulle sonde di Terminal Velocity. Terminal Velocity sta anche lavorando con il Johnson Space Center della NASA con i finanziamenti del programma Small Business Innovation Research di STMD per miniaturizzare e migliorare il sistema di acquisizione e trasmissione dei dati, oltre a fornire supporto per la certificazione di volo della ISS.

Attraverso l'iniziativa ISS Exploration Flight Project, Johnson ha certificato tre sonde TVA per il volo. Una sonda utilizza i materiali ablativi conformi, un altro ha il materiale dello scudo termico Orion e la terza sonda utilizza il materiale della piastrella navetta come riferimento. TVA ha consegnato le sonde assemblate al gruppo Cargo Mission Contract per questo volo.

Dopo che il lancio dei servizi di rifornimento di Orbital ATK è arrivato alla ISS, le sonde rimarranno sulla nave da carico in attesa della loro opportunità di andare al lavoro. Previsto per essere rilasciato dalla ISS a giugno, una volta che la nave da carico rientra nell'atmosfera terrestre e si rompe, le sonde si dispiegheranno e quindi inizieranno a catturare i dati attraverso le termocoppie incorporate nel TPS.

"Le sonde sono progettate per essere rilasciate dal guscio metallico e una volta rilasciate, iniziano a scaldarsi. I dati di risposta termica sono raccolti dalle varie posizioni in cui le termocoppie sono incorporate all'interno del TPS, " spiega Robin Beck, responsabile tecnico per lo sviluppo del TPS conforme. "La sonda include un'antenna che le consente di comunicare con un satellite Iridium. Mentre la sonda scende nell'atmosfera e rallenta alla velocità del suono, i dati sono raccolti e conservati, poi trasmesso al satellite Iridium sopra, che a sua volta trasmette i dati ai ricercatori sul campo".

Una volta raccolti i dati del test di volo, La sonda di TVA viene lasciata cadere nell'oceano e non viene recuperata; però, questi minuscoli veicoli spaziali contribuiranno in grande misura a garantire che i modelli predittivi sviluppati sulla base dei test nelle strutture a terra siano validi e applicabili nello spazio.

"Ci sono rischi noti e sconosciuti, ma sia la NASA che la TVA sono motivate ad avere successo poiché i vantaggi si traducono anche nella comunità più ampia che vuole avere accesso allo spazio su richiesta, " afferma Venkatapathy. "Questa tecnologia ha il potenziale per ridurre il costo di accesso allo spazio per piccoli carichi utili, rendendola allo stesso tempo attraente per le università e la comunità non aerospaziale che potrebbero essere alle prime armi con i test di volo:una sfida in sé e per sé e non un rischio gratuito."

Perché non c'è backup per il TPS di un veicolo spaziale, è fondamentale comprendere e sviluppare capacità di previsione che consentano una sicurezza, design robusto del sistema di ingresso. Un test di volo di successo su questa scala aumenterà la fiducia nell'ablatore conforme e consentirà ai pianificatori della missione di considerare C-PICA e C-SIRCA per l'uso in programmi futuri come New Frontiers o Orion.