إعادة الدخول تتحول إلى منصة اختبار
تستغل ناسا التدمير المخطط لمركبة شحن لاختبار تقنيات حماية حرارية يمكن أن تفيد المهمات المستقبلية. وعندما غادرت مهمة الإمداد الرابعة والعشرون التابعة لشركة Northrop Grumman محطة الفضاء الدولية، حملت 12 كبسولة تجريبية صغيرة مصممة لجمع البيانات أثناء إعادة الدخول إلى الغلاف الجوي.
تحمل المهمة اسم Kentucky Reentry Probe Experiment 3، أو KREPE-3. وبدلًا من تخصيص مركبة فضائية لاختبار درع حراري، يستخدم التج experiment المرحلة الأخيرة من مهمة شحن. ومن المقرر أن تتفكك مركبة Cygnus XL التابعة لـNorthrop Grumman بأمان في الغلاف الجوي للأرض بعد مغادرة المحطة، بينما تنفصل الكبسولات التجريبية وتجمع القياسات أثناء إعادة الدخول.
ويحوّل هذا النهج مرحلة كانت ستنتهي بتدمير مركبة الإمداد إلى مصدر لبيانات الطيران. وتصف ناسا KREPE-3 بأنها المهمة الثالثة في سلسلة منخفضة التكلفة تهدف إلى إنتاج معلومات مفيدة لأبحاث الحماية الحرارية المستقبلية. ويشارك في التجربة University of Kentucky وولاية كنتاكي وبرنامج NASA EPSCoR وعدة مراكز تابعة لناسا وشركاء اتحاديون وتجاريون آخرون.
12 كبسولة واختبارات متعددة للمواد
قبل مغادرة Cygnus XL للمحطة، حمّل رواد الفضاء النفايات وشغّلوا الكبسولات الصغيرة الاثنتي عشرة الموجودة داخلها. وصمم طلاب من University of Kentucky هذه الكبسولات، ويحمل كل منها مستشعرات لقياس الحرارة والضغط والحركة والمجال المغناطيسي والضوء أثناء إعادة الدخول.
تحمل الكبسولات أيضًا مواد تجريبية للدروع الحرارية. وتظهر إحدى الصور التي نشرتها ناسا درعًا حراريًا مطبوعًا ثلاثي الأبعاد صممه باحثون في NASA’s Johnson Space Center في هيوستن. وتظهر صورة أخرى نظام حماية حرارية أنتجه NASA’s Ames Research Center لمشروع KREPE. وتوضح المعدات مجتمعة أن التجربة تختبر أكثر من نهج للمواد والتصنيع.
ومع اتباع مركبة الشحن مسار إعادة الدخول المخطط، يُتوقع أن تنفصل الكبسولات وتبدأ قياساتها. وستنقل إشارات الأقمار الصناعية البيانات أثناء الحدث. ويكتسب الإرسال المباشر أهمية لأن إعادة الدخول قصيرة ومدمرة؛ إذ يجب تسجيل التغيرات البيئية أثناء حدوثها، لا الاعتماد على استعادة الكبسولة لاحقًا.
بيانات لتصميم المهمات المستقبلية
الدروع الحرارية تقنية أساسية للمركبات العائدة عبر الغلاف الجوي. وتضع ناسا عمل KREPE-3 في سياق حماية رواد الفضاء العائدين من مهمات مستقبلية إلى القمر والمريخ. ولا تثبت الاختبارات الجديدة جاهزية درع حراري نهائي للمهمات المأهولة، بل تهدف إلى جمع بيانات طيران عن مواد تجريبية في ظروف إعادة دخول حقيقية.
وهذا التمييز جوهري لقيمة المشروع. فاختبارات المختبر والأرض تقيم المواد، لكن إعادة الدخول تضيف بيئة تشغيلية تتغير فيها الحرارة والضغط والحركة بسرعة. ومن خلال وضع تجارب مزودة بأجهزة على متن مركبة شحن تغادر أصلًا، يستطيع الفريق مقارنة أداء مجموعات مختلفة من المواد أثناء حدث المهمة نفسه تقريبًا.
قد تساعد النتائج الباحثين في تحديد التصاميم التي تستحق مزيدًا من العمل، كما قد توفر أساسًا لتحسين نماذج سلوك أنظمة الحماية الحرارية المرشحة. وتقدم ناسا المبادرة بوصفها وسيلة لدعم احتياجات الاستكشاف المستقبلية وإشراك الطلاب والشركاء خارج مراكز الوكالة التقليدية.
نموذج منخفض التكلفة قابل للتكرار
يتابع KREPE-3 مهمات Kentucky Reentry Probe Experiment السابقة. وتقوم السلسلة على فكرة استخدام التخلص من المركبة الفضائية منصةً تجريبية. فمركبات الشحن التي تغادر المحطة لديها أصلًا مسار مخطط لنهاية عمرها، ويمكن لمسابير صغيرة مستقلة أن تجعل هذا المسار مفيدًا علميًا.
وبالنسبة إلى برنامج NASA EPSCoR، يحمل المشروع أيضًا عنصرًا تعليميًا وتنمويًا للقوى العاملة. ويدعم البرنامج الباحثين والطلاب في مناطق حصلت تاريخيًا على تمويل أقل لأبحاث ناسا. ووصف David Berger، مدير البرنامج، KREPE-3 بأنه مثال على دعم العلماء والمهندسين الناشئين مع تعزيز أهداف الوكالة.
لذلك تؤدي الكبسولات الاثنتا عشرة غرضين في آن واحد: فهي أدوات لاختبار المواد، ومنتجات برنامج تعاوني يضع أجهزة صممها الطلاب في سياق رحلة فضائية تشغيلية. ولا يلغي التجريب الحاجة إلى تطوير دروع حرارية أكبر لاحقًا، لكنه يوفر طريقًا عمليًا لقياسات متكررة خلال عمليات إعادة دخول كانت ستنتهي لولا ذلك بالتخلص من مركبة الشحن.
من التخلص إلى الاكتشاف
إعداد التجربة غير المعتاد هو ميزتها الأساسية. قد تبدو مركبة تحمل نفايات المحطة بعيدة عن تطوير أنظمة الاستكشاف البشري، لكن هبوطها الأخير يوفر الظروف التي يحتاجها الاختبار. ويستخدم KREPE-3 هذا الهبوط لفحص مواد الحماية التجريبية وجمع بيانات المستشعرات وإرسال المعلومات عبر الأقمار الصناعية.
ومع استعداد ناسا لمهمات استكشاف أكثر صعوبة، يوضح المشروع استراتيجية هندسية أوسع: استخدام فرص الطيران المتاحة لتقليل عدم اليقين مبكرًا. ولا تستطيع المسابير الصغيرة الاثنتا عشرة الإجابة عن كل الأسئلة المتعلقة بنظام عودة مستقبلي من القمر أو المريخ، لكنها تستطيع توفير قياسات واقعية لمواد مرشحة وتوجيه المراحل التالية من أبحاث الدروع الحرارية.
يستند هذا المقال إلى تقرير نشرته Phys.org. اقرأ المقال الأصلي.
Originally published on phys.org