NASA thử nghiệm vật liệu tấm chắn nhiệt trong 12 khoang nhỏ trên một tàu chở hàng đang rời trạm

NASA đang tận dụng chuyến bay thải bỏ của một tàu vũ trụ chở hàng để thử nghiệm vật liệu cho các tấm chắn nhiệt trong tương lai, theo một bài viết từ Ames Research Center của cơ quan này. Khi tàu Cygnus XL thuộc sứ mệnh tiếp tế thứ 24 của Northrop Grumman cho NASA rời Trạm Vũ trụ Quốc tế, nó mang theo 12 khoang thử nghiệm nhỏ. NASA cho biết các vật liệu trên tàu có thể trở thành nền tảng cho những tấm chắn nhiệt giúp giữ an toàn cho phi hành gia trên đường trở về từ Mặt Trăng và Sao Hỏa.

KREPE-3, viết tắt của Kentucky Reentry Probe Experiment, là sứ mệnh thứ ba trong một loạt sứ mệnh mà NASA mô tả là chi phí thấp, chuyên thu thập dữ liệu trong những khoảnh khắc cuối cùng của vòng đời một tàu chở hàng. Sứ mệnh này do University of Kentucky và bang Kentucky cùng điều hành với chương trình EPSCoR của NASA (Established Program to Stimulate Competitive Research), một số trung tâm của NASA và các đối tác liên bang cũng như thương mại khác. Sinh viên University of Kentucky đã thiết kế các khoang này, vốn mang cảm biến đo nhiệt độ, áp suất, chuyển động, từ trường và ánh sáng.

Trước khi Cygnus XL khởi hành, các phi hành gia đã chất rác thải lên tàu và bật các khoang. Theo kế hoạch, tàu sẽ vỡ ra trong khí quyển Trái Đất; NASA cho biết khi đó các khoang sẽ được phóng ra và ghi lại mức độ chịu đựng của từng bộ vật liệu tấm chắn nhiệt, với dữ liệu trực tiếp được chuyển tới các nhà nghiên cứu qua vệ tinh. Keith Peterson, kỹ sư vật liệu tại Ames, gọi cách tiếp cận này là “một cách thông minh để có được dữ liệu bay về các vật liệu vẫn đang được phát triển”.

Theo NASA, các khoang mang theo công nghệ đã được kiểm chứng, chẳng hạn vật liệu tấm gạch gốm từng bay trên tàu con thoi, bên cạnh những lựa chọn mới hơn như một tấm chắn nhiệt in 3D do NASA Johnson và Oak Ridge National Laboratory phát triển trong khuôn khổ dự án Additive Manufacturing of Thermal Protective Systems. Ames đóng góp một số vật liệu, trong đó có hai khoang dùng MERINO (Materials Engineered for Re-entry using Innovative Needling Operations), một họ lớp phủ làm từ các lớp sợi carbon và phenolic được khâu lại với nhau, giống như nỉ. NASA cho biết chúng linh hoạt hơn, sản xuất nhanh hơn và rẻ hơn so với vật liệu truyền thống, khiến chúng trở thành ứng viên cho các sứ mệnh tới Sao Hỏa, nơi bầu khí quyển loãng hơn đồng nghĩa với tải nhiệt thấp hơn và cho phép lớp bảo vệ nhẹ hơn.

Khoang thứ ba, Kentucky Instrumented Conical Hypersonic Experiment, có hình nón kép với đầu mũi bằng vonfram và phần nón phía sau được bọc MERINO, nhằm đối chiếu các mô hình máy tính với dữ liệu đo được. Một khoang khác mô phỏng hình dạng vỏ khí động học (aeroshell) cho sứ mệnh Dragonfly sắp tới của NASA tới Titan, mặt trăng của Sao Thổ, kiểm tra độ ổn định của thiết kế đó và được phủ Phenolic Impregnated Carbon Ablator, một vật liệu được phát triển tại Ames từng bay trên Stardust, Mars Science Laboratory và Mars 2020. Một khoang nữa thử nghiệm Adaptable Deployable Entry and Placement Technology có hình chiếc ô, và các khoang từ các đối tác trong nước và quốc tế bao gồm một cảm biến thông lượng nhiệt của University of Stuttgart ở Đức.