Salah satu aspek yang lebih mencabar dari penerokaan ruang angkasa dan reka bentuk kapal angkasa adalah merancang untuk masuk semula. Walaupun terdapat planet-planet dengan atmosfer yang tipis seperti Mars, memasuki atmosfera planet diketahui menyebabkan banyak panas dan geseran. Atas sebab ini, kapal angkasa selalu dilengkapi dengan pelindung haba untuk menyerap tenaga ini dan memastikan bahawa kapal angkasa tidak terhempas atau terbakar semasa masuk semula.
Malangnya, kapal angkasa semasa mesti bergantung pada perisai kembung besar atau mekanikal yang digunakan, yang sering berat dan rumit untuk digunakan. Untuk mengatasi hal ini, seorang pelajar PhD dari University of Manchester telah mengembangkan prototaip untuk pelindung haba yang akan bergantung pada daya empar untuk mengukuhkan bahan ringan dan fleksibel. Prototaip ini, yang pertama seumpamanya, dapat mengurangkan kos perjalanan angkasa dan memudahkan misi ke Mars masa depan.
Konsep ini dicadangkan oleh Rui Wu, seorang pelajar PhD dari School of Mechanical, Aerospace and Civil Engineering (MACE) Manchester. Dia disertai oleh Peter C.E. Roberts dan Carl Driver - Pensyarah Kanan dalam Kejuruteraan Kapal Angkasa dan Pensyarah di MACE, masing-masing - dan Constantinos Soutis dari Institut Penyelidikan Aeroangkasa Universiti Manchester.
Sederhananya, planet dengan atmosfera membolehkan kapal angkasa menggunakan seretan aerodinamik untuk melambatkan persiapan untuk mendarat. Proses ini menghasilkan sejumlah besar haba. Sekiranya atmosfer Bumi, suhu 10,000 ° C (18,000 ° F) dihasilkan dan udara di sekitar kapal angkasa dapat berubah menjadi plasma. Atas sebab ini, kapal angkasa memerlukan pelindung haba yang dipasang di bahagian depan yang dapat menahan panas yang melampau dan berbentuk aerodinamik.
Semasa menyebarkan ke Marikh, keadaannya agak berbeza, tetapi cabarannya tetap sama. Walaupun atmosfer Martian kurang dari 1% daripada atmosfer Bumi - dengan tekanan permukaan rata-rata 0,636 kPa berbanding dengan 101,325 kPa Bumi - kapal angkasa masih memerlukan pelindung haba untuk mengelakkan pembakaran dan membawa beban berat. Reka bentuk Wu berpotensi menyelesaikan kedua-dua masalah ini.
Reka bentuk prototaip, yang terdiri daripada perisai berbentuk skirt yang dirancang untuk berputar, berupaya membuat pelindung panas yang dapat menampung keperluan misi angkasa semasa dan masa depan. Seperti yang dijelaskan oleh Wu:
"Kapal angkasa untuk misi masa depan mestilah lebih besar dan lebih berat daripada sebelumnya, yang bermaksud bahawa pelindung haba akan menjadi semakin besar untuk dikendalikan ... Kapal angkasa untuk misi masa depan mesti lebih besar dan lebih berat dari sebelumnya, yang bermaksud bahawa pelindung haba akan menjadi terlalu besar untuk dikendalikan . "
Wu dan rakannya menjelaskan konsep mereka dalam satu kajian baru-baru ini yang muncul dalam jurnal ituArca Astronautica (bertajuk "Pelindung haba fleksibel yang digunakan oleh daya sentrifugal"). Reka bentuknya terdiri daripada bahan canggih dan fleksibel yang mempunyai toleransi suhu tinggi dan memungkinkan lipatan dan penyimpanan mudah di atas kapal angkasa. Bahan menjadi kaku kerana perisai menggunakan daya sentrifugal, yang dicapai dengan memutar semasa masuk.
Sejauh ini, Wu dan pasukannya telah melakukan ujian penurunan dengan prototaip dari ketinggian 100 m (328 kaki) menggunakan belon (videonya disiarkan di bawah). Mereka juga melakukan analisa dinamik struktur yang mengesahkan bahawa pelindung haba secara automatik mampu terlibat dalam kadar putaran yang mencukupi (6 putaran sesaat) ketika digunakan dari ketinggian lebih tinggi dari 30 km (18.64 mi) - yang bertepatan dengan stratosfera Bumi.
Pasukan ini juga melakukan analisis terma yang menunjukkan bahawa pelindung haba dapat mengurangkan suhu hujung depan sebanyak 100 K (100 ° C; 212 ° F) pada kenderaan berukuran CubeSat tanpa memerlukan penebat haba di sekitar perisai itu sendiri (tidak seperti struktur kembung ). Reka bentuknya juga mengatur sendiri, yang bermaksud bahawa ia tidak bergantung pada jentera tambahan, mengurangkan berat kapal angkasa lebih jauh.
Dan tidak seperti reka bentuk konvensional, prototaip mereka sesuai untuk digunakan di atas kapal angkasa yang lebih kecil seperti CubeSats. Dengan dilengkapi dengan perisai seperti itu, CubeSats dapat dipulihkan setelah memasuki semula atmosfer Bumi, dengan berkesan menjadi dapat digunakan kembali. Ini semua sejalan dengan usaha semasa untuk membuat eksplorasi ruang angkasa dan penyelidikan menjimatkan kos, sebagian melalui pengembangan komponen yang dapat digunakan kembali dan dapat diambil. Seperti yang dijelaskan oleh Wu:
"Semakin banyak penyelidikan dilakukan di luar angkasa, tetapi ini biasanya sangat mahal dan peralatannya harus berkongsi perjalanan dengan kenderaan lain. Oleh kerana prototaip ini ringan dan cukup fleksibel untuk digunakan pada satelit yang lebih kecil, maka penyelidikan dapat dibuat lebih mudah dan lebih murah. Perisai panas juga akan membantu menjimatkan kos dalam misi pemulihan, kerana daya tarikannya yang tinggi dapat mengurangkan jumlah bahan bakar yang dibakar semasa masuk semula. "
Apabila tiba waktunya kapal angkasa yang lebih berat dikerahkan ke Marikh, yang kemungkinan akan melibatkan misi awak, kemungkinan pelindung haba yang memastikannya selamat sampai ke permukaan terdiri dari bahan ringan dan fleksibel yang berputar untuk menjadi kaku. Sementara itu, reka bentuk ini dapat membolehkan sistem kemasukan ringan dan padat untuk kapal angkasa yang lebih kecil, menjadikan penyelidikan CubeSat jauh lebih berpatutan.
Begitulah sifat penerokaan ruang angkasa moden, yang berkaitan dengan mengurangkan kos dan menjadikan ruang lebih mudah diakses. Dan pastikan untuk melihat video ini dari ujian penurunan pasukan juga, dengan hormat dari Rui Wui dan pasukan MACE:
