Salah satu aspek yang lebih menantang dari eksplorasi ruang angkasa dan desain pesawat ruang angkasa adalah perencanaan untuk masuk kembali. Bahkan dalam kasus planet dengan atmosfer tipis seperti Mars, memasuki atmosfer planet diketahui menyebabkan banyak panas dan gesekan. Untuk alasan ini, pesawat ruang angkasa selalu dilengkapi dengan perisai panas untuk menyerap energi ini dan memastikan bahwa pesawat ruang angkasa tidak jatuh atau terbakar selama masuk kembali.
Sayangnya, pesawat ruang angkasa saat ini harus bergantung pada perisai raksasa tiup atau yang dipasang secara mekanis, yang seringkali berat dan rumit untuk digunakan. Untuk mengatasi ini, seorang mahasiswa PhD dari University of Manchester telah mengembangkan prototipe untuk perisai panas yang akan bergantung pada gaya sentrifugal untuk menguatkan bahan yang fleksibel dan ringan. Prototipe ini, yang merupakan yang pertama dari jenisnya, dapat mengurangi biaya perjalanan ruang angkasa dan memfasilitasi misi masa depan ke Mars.
Konsep ini diusulkan oleh Rui Wu, seorang mahasiswa PhD dari Sekolah Teknik Mekanik, Luar Angkasa dan Sipil (MACE) Manchester. Dia bergabung dengan Peter C.E. Roberts dan Carl Driver - Dosen Senior di Teknik Pesawat Ruang Angkasa dan Dosen di MACE, masing-masing - dan Constantinos Soutis dari The University of Manchester Aerospace Research Institute.
Sederhananya, planet dengan atmosfer memungkinkan pesawat ruang angkasa untuk memanfaatkan hambatan aerodinamis untuk memperlambat persiapan pendaratan. Proses ini menghasilkan panas yang luar biasa. Dalam kasus atmosfer Bumi, suhu 10.000 ° C (18.000 ° F) dihasilkan dan udara di sekitar pesawat ruang angkasa dapat berubah menjadi plasma. Untuk alasan ini, pesawat ruang angkasa memerlukan pelindung panas yang dipasang di bagian depan yang dapat mentolerir panas ekstrem dan bentuknya aerodinamis.
Saat dikerahkan ke Mars, situasinya agak berbeda, tetapi tantangannya tetap sama. Sementara atmosfer Mars kurang dari 1% dari Bumi - dengan tekanan permukaan rata-rata 0,636 kPa dibandingkan dengan 101,325 kPa di Bumi - pesawat ruang angkasa masih membutuhkan perisai panas untuk menghindari terbakar dan membawa beban berat. Desain Wu berpotensi memecahkan kedua masalah ini.
Desain prototipe, yang terdiri dari perisai berbentuk rok yang dirancang untuk berputar, berupaya menciptakan perisai panas yang dapat mengakomodasi kebutuhan misi ruang saat ini dan masa depan. Seperti yang dijelaskan Wu:
“Wahana antariksa untuk misi di masa depan harus lebih besar dan lebih berat dari sebelumnya, artinya perisai panas akan menjadi semakin besar untuk dikelola… Wahana antariksa untuk misi di masa depan harus lebih besar dan lebih berat dari sebelumnya, artinya perisai panas akan menjadi semakin besar untuk dikelola . "
Wu dan rekan-rekannya menggambarkan konsep mereka dalam studi terbaru yang muncul di jurnalArca Astronautica (berjudul "Perisai panas fleksibel yang digunakan oleh gaya sentrifugal"). Desainnya terdiri dari bahan canggih dan fleksibel yang memiliki toleransi suhu tinggi dan memungkinkan pelipatan dan penyimpanan yang mudah di atas pesawat ruang angkasa. Bahan menjadi kaku karena pelindung menggunakan gaya sentrifugal, yang dilakukan dengan memutar saat masuk.
Sejauh ini, Wu dan timnya telah melakukan uji jatuh dengan prototipe dari ketinggian 100 m (328 kaki) menggunakan balon (videonya diposting di bawah). Mereka juga melakukan analisis dinamika struktural yang menegaskan bahwa pelindung panas mampu secara otomatis terlibat dalam laju putaran yang cukup (6 putaran per detik) ketika digunakan dari ketinggian lebih dari 30 km (18,64 mil) - yang bertepatan dengan stratosfer Bumi.
Tim juga melakukan analisis termal yang menunjukkan bahwa pelindung panas dapat mengurangi suhu ujung depan sebesar 100 K (100 ° C; 212 ° F) pada kendaraan berukuran CubeSat tanpa perlu isolasi termal di sekitar pelindung itu sendiri (tidak seperti struktur karet ). Desainnya juga mengatur sendiri, artinya tidak bergantung pada mesin tambahan, mengurangi berat pesawat ruang angkasa lebih jauh.
Dan tidak seperti desain konvensional, prototipe mereka scalable untuk digunakan di pesawat ruang angkasa yang lebih kecil seperti CubeSats. Dengan dilengkapi dengan perisai seperti itu, CubeSats dapat dipulihkan setelah mereka memasuki kembali atmosfer Bumi, secara efektif menjadi dapat digunakan kembali. Ini semua sejalan dengan upaya saat ini untuk membuat eksplorasi ruang angkasa dan penelitian hemat biaya, sebagian melalui pengembangan bagian yang dapat digunakan kembali dan diambil. Seperti yang dijelaskan Wu:
“Semakin banyak penelitian yang dilakukan di luar angkasa, tetapi ini biasanya sangat mahal dan peralatan harus berbagi tumpangan dengan kendaraan lain. Karena prototipe ini ringan dan cukup fleksibel untuk digunakan pada satelit yang lebih kecil, penelitian dapat dibuat lebih mudah dan lebih murah. Perisai panas juga akan membantu menghemat biaya dalam misi pemulihan, karena hambatan yang diinduksi tinggi mengurangi jumlah bahan bakar yang terbakar saat masuk kembali. "
Ketika tiba saatnya untuk pesawat ruang angkasa yang lebih berat untuk dikerahkan ke Mars, yang kemungkinan akan melibatkan misi awak, sangat mungkin bahwa perisai panas yang memastikan mereka membuatnya dengan aman ke permukaan terdiri dari bahan ringan, fleksibel yang berputar menjadi kaku. Sementara itu, desain ini dapat mengaktifkan sistem entri yang ringan dan kompak untuk pesawat ruang angkasa yang lebih kecil, membuat penelitian CubeSat jauh lebih terjangkau.
Begitulah sifat eksplorasi ruang angkasa modern, yang semuanya tentang memotong biaya dan membuat ruang lebih mudah diakses. Dan pastikan untuk melihat video ini dari drop test tim juga, milik Rui Wui dan tim MACE:
