再突入を試験場に
NASAは、貨物宇宙船の計画的な破壊を利用し、将来のミッションに役立つ熱防護技術を試験している。Northrop Grummanの24回目の補給ミッションが国際宇宙ステーションを離れた際、12個の小型実験カプセルを搭載していた。カプセルは大気圏再突入中にデータを収集するよう設計されている。
ミッション名はKentucky Reentry Probe Experiment 3、略称KREPE-3。耐熱シールド試験専用の宇宙船を用意する代わりに、貨物船のミッション最終段階を利用する。Northrop GrummanのCygnus XLはステーションを離れた後、地球大気中で安全に分解する予定で、実験カプセルは放出され、再突入中の測定を行う。
この方式により、補給ミッションの終端段階が飛行データの取得機会になる。NASAはKREPE-3を、低コストで将来の熱防護研究に有用な情報を生み出すシリーズの3回目のミッションと説明している。University of Kentucky、ケンタッキー州、NASA EPSCoR、複数のNASAセンターなどが参加している。
12個のカプセル、多様な材料試験
Cygnus XLがステーションを離れる前、宇宙飛行士は船内に廃棄物を積み、12個のカプセルを作動させた。University of Kentuckyの学生が設計したカプセルには、再突入中の温度、圧力、運動、磁場、光を測るセンサーが搭載されている。
カプセルは実験用耐熱シールド材料も運ぶ。NASAが公開した画像の1枚には、ヒューストンのNASA’s Johnson Space Centerの研究者が設計した3Dプリント製シールドが写っている。別の画像には、KREPE向けにNASA’s Ames Research Centerが製造した熱防護システムが示されている。装置全体から、材料と製造方法について複数の方式を試験していることが分かる。
貨物船が計画された再突入経路を進むと、カプセルは分離して測定を開始する見込みだ。イベント中は衛星信号でデータが送信される。再突入は短時間で破壊的な現象であるため、直接送信は重要だ。実験では、後からカプセルを回収するのではなく、環境変化が起きている間に記録する必要がある。
将来のミッション設計に向けたデータ
耐熱シールドは、大気を通過して帰還する宇宙船の基盤技術だ。NASAはKREPE-3を、将来の月・火星ミッションから帰還する宇宙飛行士の保護という文脈に位置づけている。今回の試験は、最終的な有人用シールドの実用化を示すものではなく、実際の再突入環境で実験材料の飛行データを集める取り組みだ。
この点がプロジェクトの価値の中心にある。実験室や地上試験では材料を評価できるが、再突入では温度、圧力、運動などが急速に変化する。すでに出発する貨物船に複数の計測実験を搭載することで、チームは同じミッションイベントの中で異なる材料の性能を比較できる。
結果は、どの設計をさらに研究すべきか判断する助けになり、候補となる熱防護システムの挙動モデル改善にもつながる可能性がある。NASAは、学生や従来のNASAセンター以外のパートナーを巻き込みながら、将来の探査需要に応える取り組みとして位置づけている。
繰り返し可能な低コストモデル
KREPE-3は、これまでのKentucky Reentry Probe Experimentを引き継ぐ。シリーズは、宇宙船の廃棄を実験プラットフォームとして利用する考えに基づいている。ステーションを離れる貨物船にはすでに寿命末期の経路があり、小型自律探査機によって、その経路を科学的に活用できる。
NASA EPSCoRにとって、このプロジェクトには教育と人材育成の要素もある。EPSCoRは、歴史的にNASA研究資金が少なかった地域の研究者や学生が参加するプロジェクトを支援する。プログラム責任者のDavid Bergerは、KREPE-3を、新進の科学者やエンジニアを支援しながらNASAの目標を前進させる例だと説明した。
12個のカプセルは、材料試験装置であると同時に、学生が設計したハードウェアを実際の宇宙飛行環境に置く共同プログラムの成果でもある。この実験は、後の大規模な耐熱シールド開発の必要性をなくすものではないが、貨物船の廃棄で終わるはずだった再突入から繰り返し情報を得る実用的な手段を提供する。
廃棄から発見へ
この実験の特徴は、その独特な構成にある。ステーションの廃棄物を運ぶ船は有人探査システムの開発とは無関係に見えるかもしれない。しかし、最終降下が試験に必要な条件を提供する。KREPE-3はその降下を利用して実験材料を調べ、センサーデータを集め、衛星で情報を送る。
NASAがより困難な探査ミッションに備える中、このプロジェクトは、利用可能な飛行機会を使って早期に不確実性を減らすという幅広い工学戦略を示している。12個の小型探査機ですべての疑問に答えることはできないが、候補材料の現実の測定値を提供し、次の研究段階の方向づけに役立つ。
この記事はPhys.orgの報道を基にしています。原記事を読む。
Originally published on phys.org
