- تختبر NASA 12 كبسولة درع حراري لتطوير أنظمة الدروع الحرارية للمهمات المستقبلية.
- صمم هذه الكبسولات طلاب جامعة كنتاكي، وتضم مستشعرات متنوعة لجمع البيانات.
- تشمل الاختبارات درع حراري مطبوع بتقنية 3D ومواد MERINO الجديدة.
- تهدف التجربة إلى مقارنة التنبؤات الحسابية بأداء العودة الفعلي، لدفع تكنولوجيا الدروع الحرارية قدماً.
تستعد NASA لاختبار 12 كبسولة درع حراري تجريبية، ستخضع للاختبار في 9 أكتوبر أثناء عملية احتراق وتدمير مركبة الشحن الفضائية عند مغادرتها محطة الفضاء الدولية. وقد تساعد هذه الاختبارات في تطوير أنظمة دروع حرارية للمهمات المستقبلية إلى القمر والمريخ وما بعدهما. وقد أُطلقت مركبة Cygnus XL الفضائية التابعة لشركة Northrop Grumman في تمام الساعة 12:44 ظهراً بتوقيت شرق الولايات المتحدة من الذراع الآلي Canadarm2 التابع للمحطة، حاملة آلاف الأرطال من المعدات المهملة والكبسولات التجريبية. وتخطط NASA لإدخال المركبة إلى الغلاف الجوي للأرض في 12 أكتوبر، وتفكيكها أثناء عملية عودة خاضعة للتحكم.
غرض التجربة والشركاء المتعاونون
ستنفصل هذه الكبسولات عن المركبة الفضائية، وتجمع بيانات حول أداء مواد الدروع الحرارية المختلفة في ظروف قاسية. وتعد هذه التجربة، المسماة تجربة كنتاكي لاستكشاف العودة 3 (KREPE-3)، مشروعاً تعاونياً بين NASA وجامعة كنتاكي وشركاء بحثيين آخرين. وهي تستفيد من مركبة فضائية مخطط التخلص منها لإجراء اختبارات متقدمة لتقنيات الدروع الحرارية بتكلفة منخفضة نسبياً.
صمم طلاب جامعة كنتاكي هذه الكبسولات الـ 12، وهي مزودة بمستشعرات لقياس درجة الحرارة والضغط والحركة والمجال المغناطيسي والضوء أثناء عملية العودة عبر الغلاف الجوي. وستنقل الكبسولات بيانات القياس عبر إشارات الأقمار الصناعية، مما يتيح للباحثين دراسة أداء المواد في ظروف الطيران الفعلية. وقال كيث بيترسون (Keith Peterson)، مهندس المواد في مركز أميس للأبحاث التابع لـ NASA: "هذه طريقة ذكية للحصول على بيانات طيران لمواد لا تزال قيد التطوير. نحن في الواقع نركب مركبة فضائية تعود بالفعل إلى الأرض."
اختبار مواد دروع حرارية جديدة
من بين التقنيات التي يجري اختبارها درع حراري مطبوع بتقنية 3D تم تطويره عبر مشروع مشترك بين مركز جونسون للفضاء التابع لـ NASA ومختبر أوك ريدج الوطني. وستحمل كبسولات أخرى مواد راسخة، بما في ذلك مواد مشابهة للبلاط الخزفي المستخدم في مكوك الفضاء. ويختبر مركز أميس التابع لـ NASA أيضاً مادة درع حراري جديدة تسمى هندسة مواد العودة بالعمليات الإبرية المبتكرة (MERINO)، تتكون هذه المواد من ألياف كربونية وألياف فينولية مخيطة في طبقات مرنة. وتقول NASA إن تصنيع هذه المواد يتم بسرعة أكبر وبتكلفة أقل، مما قد يجعلها مفيدة في مهمات المريخ المستقبلية.
ستختبر كبسولة واحدة تصميمًا بتكوين مخروطي مزدوج برأس من التنجستن، ومواد قائمة على الكربون، وحماية من مادة MERINO. وستساعد هذه التجربة الباحثين على مقارنة التنبؤات الحاسوبية بأداء العودة الفعلي. وستفحص كبسولة أخرى استقرار تصميم غلاف حماية مشابه لما تخطط له NASA لمهمة Dragonfly على قمر زحل تيتان. وتستخدم مادة كربونية مشربة بالفينول ومتآكلة تم استخدامها سابقاً في مهمات NASA إلى المريخ. وسيختبر الباحثون أيضاً درع حراري قابل للنشر على شكل مظلة، يهدف إلى زيادة مساحة سطحه وإبطاء هبوطه في الغلاف الجوي.
قد تحمي النسخ الأكبر من الدروع الحرارية في نهاية المطاف تلك الحمولات التي تتجاوز عرضها قدرة مركبات الإطلاق على استيعابها. وتشمل التجارب الأخرى مواد دروع حرارية ومستشعرات تدفق حراري طورها باحثون في جامعة شتوتغارت الألمانية. وهذا المشروع هو التجربة الثالثة في سلسلة KREPE، التي تستفيد من التخلص من مركبات الشحن الفضائية لاختبار التقنيات دون الحاجة إلى عمليات إطلاق مخصصة. وقال بيترسون: "نحن ندفع حدود الدروع الحرارية. نحن نختبر بطريقة سريعة واقتصادية وفعالة للغاية."
اتجاهات التطوير المستقبلية لتقنية الدروع الحرارية
لا تقتصر اختبارات كبسولات الدروع الحرارية التابعة لـ NASA على جمع البيانات الحاسمة، بل تعزز أيضاً تجربة المواد الجديدة وتطبيقها. ومن خلال التعاون مع المؤسسات الأكاديمية، يمكن إجراء هذه التجارب بتكلفة منخفضة نسبياً، مما يوفر دعماً تقنياً مهماً للمهمات المستقبلية إلى القمر والمريخ. ومع تزايد متطلبات استكشاف الفضاء، سيصبح تطوير أنظمة دروع حرارية أكثر كفاءة واقتصادية أمراً جوهرياً، مما سيسهم في تعزيز سلامة المهمات ونسب نجاحها.