NASA、将来の月および火星ミッション向けに12種類の新型熱シールドカプセルを試験

NASAは、10月9日に国際宇宙ステーションを離れる貨物宇宙船が燃え尽きる過程で試験される12個の実験的熱防護カプセルの試験を準備している。これらの試験は、将来の月、火星、およびそれ以遠へのミッション向けの熱防護システムの開発に役立つ可能性がある。ノースロップ・グラマン社のCygnus XL宇宙船が、米東部時間正午12時44分にステーションのCanadarm2ロボットアームから放出され、数千ポンドの廃棄機材と実験カプセルを搭載していた。NASAは10月12日に同宇宙船を地球大気圏に突入させ、制御された再突入の過程で解体させる計画である。

実験の目的と協力パートナー

これらのカプセルは宇宙船から分離し、極限条件下でのさまざまな熱防護材料の性能データを収集する。ケンタッキー再突入探査実験3（KREPE-3）と名付けられたこの実験は、NASA、ケンタッキー大学、およびその他の研究パートナーによる共同プロジェクトである。すでに処分が計画されている宇宙船を利用し、比較的低コストで先進的な熱防護技術を試験する。

この12個のカプセルはケンタッキー大学の学生たちによって設計され、大気圏再突入中の温度、圧力、運動、磁場、光を測定するセンサーを内蔵している。これらのカプセルは衛星信号を通じて測定データを送信し、研究者が実際の飛行条件下での材料の性能を研究できるようにする。「これは、まだ開発中の材料の飛行データを取得する賢明な方法だ」と、NASAエイムズ研究センターの材料エンジニア、キース・ピーターソン（Keith Peterson）氏は語る。「我々は実際のところ、すでに地球に帰還する宇宙船に便乗しているのだ。」

新型熱防護材料の試験

試験されている技術の一つは、NASAジョンソン宇宙センターとオークリッジ国立研究所のプロジェクトを通じて開発された3Dプリント熱防護シールドである。他のカプセルには、スペースシャトルで使用されたセラミックタイルに類似した材料を含む、すでに確立された材料が搭載される。NASAエイムズはまた、再突入材料工学のための革新的針刺操作（MERINO）と呼ばれる新型熱防護材料も試験しており、これは炭素繊維とフェノール繊維を縫合して柔軟な層を形成したものである。NASAによると、これらの材料は製造がより速く、コストが低いため、将来の火星ミッションで有用になる可能性がある。

1つのカプセルは、タングステン製チップを備えた二重円錐構成、炭素系材料、およびMERINO防護の設計を試験する。この実験は、研究者がコンピュータ予測と実際の再突入性能を比較するのに役立つ。別のカプセルは、NASAが土星の衛星タイタンで実施するドラゴンフライ（Dragonfly）ミッションで計画されている保護エアシェルに類似した設計の安定性を検証する。これは、NASAの火星ミッションで以前使用されたフェノール樹脂浸透炭素アブレーター材料を使用する。研究者たちはまた、表面積を拡大し大気中での降下を減速させることを目的とした傘型の展開可能熱防護シールドも試験する。

より大型版の熱防護シールドは、最終的に、打ち上げ機に収まらないほど幅広いペイロードを保護する可能性がある。その他の実験には、ドイツ・シュトゥットガルト大学の研究者たちによって開発された熱防護材料と熱流束センサーが含まれる。このプロジェクトはKREPEシリーズの第3回実験であり、貨物宇宙船の処分を利用して専用の打ち上げなしで技術を試験するものである。「我々は熱防護シールドの限界を押し広げている」とピーターソン氏は語る。「我々は迅速かつ経済的で、極めて効果的な方法で試験を行っている。」

熱防護技術の今後の発展方向

NASAの熱防護カプセル試験は、重要なデータを収集できるだけでなく、新材料の実験と応用を促進する。学術機関との協力により、これらの実験は比較的低コストで実施可能であり、将来の月および火星ミッションに重要な技術支援を提供する。宇宙探査の需要が増大する中、より効率的で経済的な熱防護システムの開発が鍵となり、これはミッションの安全性と成功率の向上に寄与するだろう。