A NASA está testando escudos térmicos capazes de manter astronautas em segurança durante o retorno de missões à Lua e a Marte de uma maneira incomum: retirando o lixo.
Quando a 24ª missão de reabastecimento de carga da Northrop Grumman para a NASA se desacoplou da Estação Espacial Internacional, ela transportava uma frota de 12 pequenas cápsulas experimentais projetadas para testar a próxima geração de materiais de proteção térmica, que poderia servir de base para futuros escudos térmicos.
O experimento, chamado Kentucky Reentry Probe Experiment (KREPE-3), é o terceiro de uma série de missões de baixo custo e alto impacto que aproveitam os momentos finais da vida útil da nave espacial de carga para coletar dados valiosos.
O experimento é uma colaboração entre a University of Kentucky, o estado de Kentucky, o Established Program to Stimulate Competitive Research (EPSCoR) da NASA, vários centros da NASA e outros parceiros federais e comerciais.
“O KREPE-3 é um ótimo exemplo dos objetivos do programa EPSCoR da NASA”, disse David Berger, gerente do programa EPSCoR na sede da NASA, em Washington. “Estamos apoiando a próxima geração de cientistas e engenheiros enquanto eles desenvolvem projetos únicos que beneficiam sua formação e os objetivos das missões da NASA.”
Antes de a nave espacial Cygnus XL da missão partir da estação, os astronautas a carregaram com resíduos e ativaram as 12 pequenas cápsulas transportadas em seu interior. Projetadas por estudantes da University of Kentucky, as cápsulas incluem sensores que medirão temperatura, pressão, movimento, campo magnético e luz durante a reentrada.
Enquanto o veículo se desintegra de forma inofensiva na atmosfera da Terra, em sua trajetória planejada, as cápsulas serão ejetadas e começarão a coletar dados sobre o desempenho de cada conjunto de materiais experimentais para escudos térmicos. Sinais de satélite transferirão dados ao vivo para os pesquisadores, oferecendo informações sobre como escudos térmicos maiores poderiam proteger futuras cargas úteis ou tripulações.
“É uma maneira inteligente de obter dados de voo sobre materiais que ainda estão em desenvolvimento”, disse Keith Peterson, engenheiro de materiais no NASA’s Ames Research Center, no Vale do Silício, na Califórnia. “Essencialmente, estamos pegando carona em um veículo que já está voltando à Terra.”
Inovação em alta temperatura
As cápsulas transportarão uma variedade de componentes de proteção térmica, incluindo uma tecnologia já comprovada, como o material de ladrilhos cerâmicos usado no ônibus espacial. Outras testarão novas opções, como um escudo térmico impresso em 3D do projeto Additive Manufacturing of Thermal Protective Systems, desenvolvido no NASA Johnson e no Oak Ridge National Laboratory.
Pesquisadores do NASA Ames estão contribuindo com vários materiais para o KREPE-3, incluindo duas cápsulas que levarão uma família de revestimentos protetores de próxima geração conhecida como Materials Engineered for Re-entry using Innovative Needling Operations (MERINO). Feitos de camadas de fibras de carbono e fenólicas costuradas umas às outras como feltro, os materiais são mais flexíveis, mais rápidos de produzir e menos caros que as substâncias protetoras tradicionais — o que os torna candidatos promissores para missões a Marte. Graças à atmosfera mais rarefeita de Marte, as missões para pousar no Planeta Vermelho envolvem cargas térmicas menores e permitem uma proteção mais leve.
Uma terceira cápsula combinará esses revestimentos protetores com outros elementos. O Kentucky Instrumented Conical Hypersonic Experiment utilizará um formato de cone duplo. Ele combina uma ponta de tungstênio acoplada a um cone revestido com camadas de carbono e fibras plásticas resistentes ao calor, além de um cone traseiro envolto em MERINO. Esse design único validará modelos computacionais com dados do mundo real.
Outra cápsula tem o formato do aeroshell protetor que protegerá a próxima missão da NASA, Dragonfly, durante sua chegada a Titan, lua de Saturno, e testará a estabilidade dinâmica do design. Ela é revestida com Phenolic Impregnated Carbon Ablator, um material desenvolvido no NASA Ames que tem aplicações em veículos comerciais e voou nas missões da NASA Stardust, Mars Science Laboratory e Mars 2020.
Uma cápsula testará um escudo térmico implantável chamado Adaptable Deployable Entry and Placement Technology, com formato de guarda-chuva para aumentar a área de superfície e desacelerar a descida. Em escala real, o design Adaptable Deployable Entry poderia ser dobrado, tornando-o ideal para o lançamento de cargas úteis maiores que os foguetes que as levam ao voo.
Enquanto algumas cápsulas testam novos materiais para transportar missões a Marte, outras testam novos formatos e designs que ampliarão as pesquisas e o conhecimento sobre modelagem computacional e design de sensores — tecnologias que poderiam abrir caminho para uma nova geração de inovações em designs de reentrada.
Cápsulas adicionais desenvolvidas por parceiros nacionais e internacionais testarão uma variedade de materiais conhecidos e novos, incluindo um sensor de fluxo de calor desenvolvido na University of Stuttgart, na Alemanha, que ajudará os pesquisadores a medir como o calor se desloca por uma superfície durante a reentrada.
“Estamos expandindo os limites do que os escudos térmicos podem fazer”, disse Peterson. “E estamos testando-os de uma maneira rápida, acessível e incrivelmente eficaz.”