NASA、離脱する補給船に搭載した12基の小型カプセルで耐熱シールド材を試験

NASA傘下のAmes Research Centerの記事によると、NASAは補給宇宙船の廃棄飛行を利用して、将来の耐熱シールド用の材料を試している。Northrop GrummanによるNASA向け第24次補給ミッションのCygnus XL補給船が国際宇宙ステーションを離れた際、船内には12基の小型実験カプセルが積まれていた。NASAによると、搭載された材料は、月や火星から帰還する宇宙飛行士の安全を守る耐熱シールドの基盤となる可能性がある。

KREPE-3はKentucky Reentry Probe Experiment（ケンタッキー再突入プローブ実験）の略で、NASAが低コストと説明する一連のミッションの三番目にあたり、補給船の寿命の最後の瞬間にデータを収集する。University of Kentuckyとケンタッキー州が、NASAのEPSCoRプログラム（Established Program to Stimulate Competitive Research）、複数のNASAセンター、その他の連邦政府および民間のパートナーと共同で実施している。カプセルはUniversity of Kentuckyの学生が設計したもので、温度、圧力、運動、磁場、光を測るセンサーを搭載している。

Cygnus XLの出発前、宇宙飛行士たちは船内に廃棄物を積み込み、カプセルの電源を入れた。同船は地球の大気圏で分解する予定で、NASAによると、その後カプセルが放出され、各耐熱シールド材がどのように持ちこたえるかを記録し、ライブデータは衛星経由で研究者に中継される。Amesの材料エンジニアであるKeith Petersonは、この手法を「まだ開発中の材料について飛行データを得る賢い方法」と評した。

NASAによると、カプセルには、スペースシャトルで使われたセラミックタイル材などの実績ある技術に加え、NASA JohnsonとOak Ridge National LaboratoryがAdditive Manufacturing of Thermal Protective Systems（熱防護システムの積層造形）プロジェクトの下で開発した3Dプリント製の耐熱シールドなど、新しい選択肢が搭載されている。Amesは複数の材料を提供しており、その中にはMERINO（Materials Engineered for Re-entry using Innovative Needling Operations）を用いたカプセル二つが含まれる。MERINOは、炭素繊維とフェノール繊維の層をフェルトのように縫い合わせた被覆材のファミリーである。NASAによると、これらは従来の材料より柔軟で、製造が速く、安価であるため、火星ミッションの候補となる。火星では大気が薄いため熱負荷が低く、より軽量な防護で済む。

三つ目のカプセルであるKentucky Instrumented Conical Hypersonic Experimentは、タングステン製の先端と、MERINOで覆われた後部コーンを持つ二重円錐形状で、コンピューターモデルを実測データと照合することを目的としている。別のカプセルは、土星の衛星タイタンに向かうNASAの今後のDragonflyミッションのエアロシェル形状を模したもので、その設計の安定性を試験し、Phenolic Impregnated Carbon Ablatorで覆われている。このアブレータ材はAmesで開発され、Stardust、Mars Science Laboratory、Mars 2020で飛行した実績がある。さらにもう一つのカプセルは傘形のAdaptable Deployable Entry and Placement Technologyを試験する。国内外のパートナーによるカプセルには、ドイツのUniversity of Stuttgartの熱流束センサーも含まれる。