NASA, 떠나는 화물선에 실은 소형 캡슐 12개로 열차폐막 소재 시험

NASA 산하 Ames Research Center의 기사에 따르면, NASA는 화물 우주선의 폐기 비행을 활용해 향후 열차폐막에 쓰일 소재를 시험하고 있다. Northrop Grumman이 수행한 NASA의 제24차 재보급 임무의 Cygnus XL 화물선이 국제우주정거장을 떠날 때, 선내에는 소형 실험 캡슐 12개가 실려 있었다. NASA는 탑재된 소재들이 달과 화성에서 귀환하는 우주비행사들을 안전하게 지킬 열차폐막의 기반이 될 수 있다고 밝혔다.

KREPE-3는 Kentucky Reentry Probe Experiment(켄터키 재진입 탐사체 실험)의 약자로, NASA가 저비용이라고 설명하는 시리즈의 세 번째 임무이며 화물선 수명의 마지막 순간에 데이터를 수집한다. University of Kentucky와 켄터키주가 NASA의 EPSCoR 프로그램(Established Program to Stimulate Competitive Research), 여러 NASA 센터, 그 밖의 연방 및 민간 파트너와 함께 공동으로 운영한다. 캡슐은 University of Kentucky 학생들이 설계했으며, 온도, 압력, 운동, 자기장, 빛을 측정하는 센서를 탑재하고 있다.

Cygnus XL이 출발하기 전, 우주비행사들은 선내에 폐기물을 싣고 캡슐의 전원을 켰다. 이 화물선은 지구 대기권에서 분해될 예정이며, NASA에 따르면 그 후 캡슐들이 방출되어 각 열차폐막 소재가 얼마나 견디는지 기록하고, 실시간 데이터는 위성을 통해 연구진에게 전송된다. Ames의 소재 엔지니어 Keith Peterson은 이 방식을 “아직 개발 중인 소재에 대한 비행 데이터를 얻는 현명한 방법”이라고 평가했다.

NASA에 따르면 캡슐에는 우주왕복선에 쓰인 세라믹 타일 소재 같은 검증된 기술과 함께, NASA Johnson과 Oak Ridge National Laboratory가 Additive Manufacturing of Thermal Protective Systems(열보호 시스템 적층 제조) 프로젝트로 개발한 3D 프린팅 열차폐막 같은 새로운 선택지도 실렸다. Ames는 여러 소재를 제공했는데, 그중에는 MERINO(Materials Engineered for Re-entry using Innovative Needling Operations)를 적용한 캡슐 두 개가 포함된다. MERINO는 탄소 섬유와 페놀 섬유 층을 펠트처럼 꿰매어 만든 피복재 계열이다. NASA는 이들 소재가 기존 소재보다 유연하고 생산이 빠르며 저렴해 화성 임무의 후보가 된다고 밝혔다. 화성은 대기가 희박해 열 부하가 낮으므로 더 가벼운 보호재를 사용할 수 있다.

세 번째 캡슐인 Kentucky Instrumented Conical Hypersonic Experiment는 텅스텐 팁과 MERINO로 감싼 후방 원뿔로 이루어진 이중 원뿔 형상으로, 컴퓨터 모델을 측정 데이터와 대조하기 위한 것이다. 또 다른 캡슐은 토성의 위성 타이탄으로 향할 NASA의 Dragonfly 임무용 에어로셸 형상을 본떠 그 설계의 안정성을 시험하며, Phenolic Impregnated Carbon Ablator로 덮여 있다. 이 삭마재는 Ames에서 개발되어 Stardust, Mars Science Laboratory, Mars 2020에 사용됐다. 또 하나의 캡슐은 우산 모양의 Adaptable Deployable Entry and Placement Technology를 시험하며, 국내외 파트너의 캡슐 중에는 독일 University of Stuttgart의 열유속 센서도 포함돼 있다.