NASA demonstra tecnologias de proteção térmica de última geração

A NASA está testando escudos térmicos que podem manter os astronautas seguros quando eles retornam de missões à Lua e a Marte de uma forma incomum: retirando o lixo.

Quando a Northrop Grumman 24^o missão de reabastecimento de carga para a NASA desencaixado da Estação Espacial Internacional, transportou uma frota de 12 pequenas cápsulas experimentais concebidas para testar a próxima geração de materiais de protecção térmica que poderão servir de base para futuros escudos térmicos.

O experimento, denominado Kentucky Reentry Probe Experiment (KREPE-3), é o terceiro de uma série de missões de baixo custo e alto impacto que usam os momentos finais da vida útil da espaçonave de carga para coletar dados valiosos.

O experimento é uma colaboração entre a Universidade de Kentucky, o estado de Kentucky, o Programa Estabelecido da NASA para Estimular a Pesquisa Competitiva (EPSCoR), vários centros da NASA e outros parceiros federais e comerciais.

“O KREPE-3 é um grande exemplo dos objetivos do programa EPSCoR da NASA”, disse David Berger, gerente do programa EPSCoR na sede da NASA em Washington. “Apoiamos a próxima geração de cientistas e engenheiros à medida que desenvolvem projetos únicos que beneficiam a sua educação e os objetivos da missão da NASA.”

Lixo para tesouro

Antes da nave espacial Cygnus XL da missão partir da estação, os astronautas encheram-na de lixo e activaram as 12 pequenas cápsulas que transportavam no seu interior. Projetadas por estudantes da Universidade de Kentucky, as cápsulas incluem sensores que medem temperatura, pressão, movimento, campo magnético e luz durante a reentrada.

À medida que o veículo se desintegra inofensivamente na atmosfera da Terra na sua rota planeada, as cápsulas serão ejetadas e começarão a recolher dados sobre o desempenho de cada conjunto de materiais experimentais de proteção térmica. Os sinais de satélite transferirão dados em tempo real para os pesquisadores, oferecendo insights sobre como escudos térmicos maiores poderiam proteger futuras cargas ou tripulações.

“É uma maneira inteligente de obter dados de voo sobre materiais que ainda estão em desenvolvimento”, disse Keith Peterson, engenheiro de materiais do Centro de Pesquisa Ames da NASA, no Vale do Silício, na Califórnia. “Estamos essencialmente pegando carona em um veículo que já está voltando para a Terra.”

Aquecendo a inovação

As cápsulas transportarão uma variedade de componentes de proteção térmica, incluindo tecnologia comprovada, como o material cerâmico usado no ônibus espacial. Outros testarão novas opções, como um escudo térmico impresso em 3D do projeto de Fabricação Aditiva de Sistemas de Proteção Térmica desenvolvido na NASA Johnson e no Oak Ridge National Laboratory.

Pesquisadores da NASA Ames estão contribuindo com vários materiais para o KREPE-3, incluindo duas cápsulas que irão voar uma família de coberturas protetoras de próxima geração conhecidas como Materiais Projetados para Reentrada usando Operações Inovadoras de Agulhamento (MERINO). Feitos de camadas de carbono e fibras fenólicas costuradas como feltro, os materiais são mais flexíveis, mais rápidos de produzir e mais baratos do que as substâncias protetoras tradicionais – o que os torna candidatos promissores para missões em Marte. Graças à atmosfera mais fina de Marte, as missões de aterragem no Planeta Vermelho envolvem cargas térmicas mais baixas e permitem uma protecção mais leve.

Uma terceira cápsula combinará essas coberturas protetoras com outros elementos. O Experimento Hipersônico Cônico Instrumentado de Kentucky utilizará um formato de cone duplo. Ele combina uma ponta de tungstênio presa a um cone coberto com carbono e fibras plásticas resistentes ao ruído, e um cone traseiro envolto em MERINO. Este design exclusivo validará modelos de computador em relação a dados do mundo real.

Outra cápsula tem o formato do aeroshell protetor que protegerá a próxima missão da NASA, Dragonfly, quando chegar à lua de Saturno, Titã, e testará a estabilidade dinâmica do projeto. Ele é coberto com Ablador de Carbono Impregnado Fenólico, um material desenvolvido na NASA Ames que tem aplicações para veículos comerciais e voou no avião da NASA. Poeira estelar, Laboratório de Ciências de Martee Marte 2020 missões.

Uma cápsula testará um escudo térmico implantável chamado Adaptable Deployable Entry and Placement Technology, que tem o formato de um guarda-chuva para aumentar a área de superfície e diminuir a descida. Em escala real, o design da Entrada Implantável Adaptável pode ser dobrado, tornando-o ideal para implantar cargas maiores do que os foguetes que as lançam em vôo.

Enquanto algumas cápsulas estão a testar novos materiais para transportar missões a Marte, outras estão a testar novas formas e designs que irão aprofundar a investigação e a compreensão da modelação computacional e do design de sensores – tecnologias que poderão abrir portas a outra geração de inovação no design de reentrada.

Cápsulas adicionais desenvolvidas por parceiros nacionais e internacionais testarão uma variedade de materiais novos e conhecidos, incluindo um sensor de fluxo de calor desenvolvido na Universidade de Estugarda, na Alemanha, que ajudará os investigadores a medir como o calor se move através de uma superfície durante a reentrada.

“Estamos ampliando os limites do que os escudos térmicos podem fazer”, disse Peterson. “E estamos testando-os de uma forma rápida, acessível e incrivelmente eficaz.”