Come fa qualcosa che sembra una pila di camere d’aria arancioni ricoperte da un telo nero sopravvive a temperature che raggiungono i 3.000 gradi Fahrenheit mentre si tuffa nell’atmosfera? Un’imminente dimostrazione tecnologica utilizza materiali avanzati per realizzare uno scudo termico più resistente di quanto sembri:
La tecnologia del deceleratore aerodinamico gonfiabile ipersonico (HIAD) è in fase di sviluppo da oltre un decennio. Uno scudo termico gonfiabile, a differenza dei tradizionali scudi termici rigidi, può essere imballato in dimensioni molto ridotte e quindi distribuito su una scala molto più grande della carenatura del carico utile di un razzo. Una dimostrazione di uno scudo termico gonfiabile, o aeroshell, Low-Earth Orbit Flight Test of an Inflatable Decelerator (LOFTID), è il passo successivo nel progresso di questa tecnologia che potrebbe un giorno aiutare gli esseri umani a far atterrare su Marte.
Precedenti test di successo della tecnologia HIAD, tra cui la serie Inflatable Re-entry Vehicle Experiment, o IRVE, lanciata su razzi sonori dalla struttura di volo Wallops della NASA a Wallops Island, in Virginia. LOFTID, lanciato su un razzo Atlas V della United Launch Alliance (ULA), sarà il più grande degli aeroshell testati, a 20 piedi o 6 metri di diametro. LOFTID verrà lanciato come carico utile secondario con il satellite Joint Polar Satellite System-2 (JPSS-2) della National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) nel novembre 2022. Dopo che JPSS-2 si sarà separato dallo stadio superiore del razzo, LOFTID si gonfierà e ri- entrare nell’atmosfera per dimostrare se può rallentare con successo grandi carichi utili, come veicoli spaziali con equipaggio, esploratori robotici e componenti di razzi, consentendo loro di sopravvivere al calore del rientro.
L’aeroshell LOFTID è costituito da una struttura gonfiabile e da un sistema di protezione termica flessibile, costruito con materiali avanzati con limiti di temperatura elevati. Il sistema di protezione termica è composto da quattro elementi. In primo luogo, il tessuto esterno è una ceramica intrecciata, carburo di silicio, che viene trasformata in una fibra di diametro così piccolo da poter essere impacchettata e filata in un filo. Anche la materia prima è nera, conferendo il colore all’esterno dell’aeroshell.
“Poi puoi intrecciarlo in un tessuto confezionato, usando un tessitore di tessuti industriale, la stessa macchina usata per fare i jeans”, ha detto Hughes. Sotto gli strati esterni in ceramica ci sono due tipi di isolamento flessibile che impediscono alle alte temperature esterne di raggiungere la barriera ai gas – il quarto componente del sistema di protezione termica – e la struttura gonfiabile. La struttura gonfiabile è un gruppo di anelli impilati. Gli anelli sono tessuti da un polimero sintetico che è, in peso, 10 volte più resistente dell’acciaio: questo rende l’assemblaggio abbastanza flessibile da piegarsi per il lancio, ma abbastanza forte da rimanere rigido quando gonfiato, mantenendo la forma dell’aeroshell. Gli anelli gonfiabili, o tori, forniscono stabilità strutturale quando impilati. La struttura gonfiabile è fissata a un corpo centrale rigido, che ospita il sistema di gonfiaggio di LOFTID, gran parte della sua strumentazione, paracadute, registratori di dati e altro ancora. Le cinghie vengono utilizzate per fissare e montare la struttura gonfiabile al corpo centrale rigido per distribuire il carico. I tori sono rivestiti con un adesivo siliconico ad alta temperatura, che conferisce all’intera struttura gonfiabile una tonalità rossastra/arancione.
Il numero di tori, cinghie, strati di isolamento e le dimensioni complessive dello scudo termico potrebbero essere ridimensionati a seconda della missione, il che significa che questa tecnologia potrebbe essere utilizzata per una serie di missioni future, dall’atterraggio di missioni con equipaggio su Marte al ritorno di grandi dimensioni componenti del volo spaziale dall’orbita terrestre bassa. “Una delle maggiori differenze è prima che facessimo i test suborbitali, arrivando a circa 5.600 miglia orarie o 2,5 chilometri al secondo, il che è già difficile“, ha affermato Steve Hughes, capo aeroshell LOFTID presso il Langley Research Center della NASA a Hampton , Virginia. “Ma con LOFTID arriveremo a quasi 18.000 miglia orarie, o 8 chilometri al secondo. È circa tre volte più veloce, ma ciò significa nove volte più energia”. Sopravvivere a quell’incredibile quantità di energia è dove entra in gioco il sistema di protezione termica di LOFTID.
LOFTID è dedicato alla memoria di Bernard Kutter , manager dei programmi avanzati dell’ULA, scomparso nell’agosto 2020 ed era un sostenitore di tecnologie come LOFTID che possono abbassare il costo dell’accesso allo spazio. Il progetto LOFTID è gestito e finanziato attraverso il programma Technology Demonstration Missions della NASA, parte della Space Technology Mission Directorate dell’agenzia. Il progetto è guidato dal Langley Research Center della NASA a Hampton, in Virginia, in collaborazione con la United Launch Alliance e con i contributi dell’Ames Research Center della NASA nella Silicon Valley, del Marshall Space Flight Center di Huntsville, in Alabama, e dell’Armstrong Flight Research Center di Edwards, in California . Il Launch Services Program della NASA, con sede presso il Kennedy Space Center dell’agenzia in Florida, è responsabile della gestione del servizio di lancio. Link video (Nasa):
