אחד ההיבטים היותר מאתגרים של חקר החלל ועיצוב החלליות הוא תכנון לכניסה מחודשת. אפילו במקרה של כוכבי לכת דקיקים-אטמוספריים כמו מאדים, ידוע כי כניסה לאווירה של כוכב לכת גורמת להרבה חום וחיכוך. מסיבה זו החלליות תמיד היו מצוידות במגני חום כדי לספוג אנרגיה זו ולהבטיח שהחללית לא תתרסק או תישרף במהלך הכניסה מחדש.
לרוע המזל, חלליות נוכחיות חייבות להסתמך על מגנים מתנפחים ענקיים או פרוסים מכניים, שלעתים קרובות הם כבדים ומסובכים לשימוש. כדי לטפל בכך, סטודנט לתואר שלישי מאוניברסיטת מנצ'סטר פיתח אב-טיפוס למגן חום שיסמוך על כוחות צנטריפוגלים כדי להקשיח חומרים גמישים וקלילים. אב-טיפוס זה, שהוא הראשון מסוגו, עשוי להפחית את עלות הנסיעה בחלל ולהקל על משימות עתידיות למאדים.
את הרעיון הוצע על ידי רואי וו, סטודנט לתואר שלישי מבית הספר להנדסת מכונות, תעופה וחלל ומנצ'סטר במנצ'סטר. אליו הצטרפו פיטר C.E. רוברטס וקרל דרייבר - מרצה בכיר בהנדסת חלליות ומרצה ב- MACE, בהתאמה - וקונסטנטינוס סוטיס ממכון המחקר לחקר החלל באוניברסיטת מנצ'סטר.
במילים פשוטות, כוכבי לכת עם אטמוספרה מאפשרים לחלליות להשתמש בגרירה אווירודינמית כדי להאט לקראת ההנחתה. תהליך זה יוצר כמות אדירה של חום. במקרה של האטמוספירה של כדור הארץ נוצרות טמפרטורות של 10,000 ° C (18,000 ° F) והאוויר סביב החללית יכול להפוך לפלזמה. מסיבה זו חלליות דורשות מגן חום רכוב קדמי שיכול לסבול חום קיצוני ובאופן אווירודינמי.
בפריסה למאדים הנסיבות שונות במקצת, אך האתגר נותר זהה. בעוד שהאטמוספרה של מאדים נמוכה מ -1% מזו של כדור הארץ - עם לחץ פני השטח הממוצע של 0.636 ק"פ לעומת 101.325 ק"פ של כדור הארץ - חלליות עדיין דורשות מגני חום כדי להימנע משריפה ונשיאת עומסים כבדים. העיצוב של וו פותר פוטנציאל את שני הנושאים הללו.
העיצוב של האב-טיפוס, המורכב ממגן בצורת חצאית המיועד להסתובב, מבקש ליצור מגן חום שיכול להתאים לצרכים של משימות חלל נוכחיות ועתידיות. כפי שהסביר וו:
"חלליות למשימות עתידיות חייבות להיות גדולות וכבדות מתמיד, כלומר, מגני חום יהפכו גדולים מדי לניהול ... חלליות למשימות עתידיות חייבות להיות גדולות וכבדות מתמיד, כלומר, מגני חום יהפכו גדולים ויותר מדי לניהול . "
וו ועמיתיו תיארו את מושגיהם במחקר שפורסם לאחרונה בכתב העתארקה אסטרונאוטיקה (תחת הכותרת "מגני חום גמישים שנפרסים על ידי כוח צנטריפוגלי"). העיצוב מורכב מחומר מתקדם וגמיש בעל סובלנות לטמפרטורה גבוהה ומאפשר קיפול ואחסון קלים על סיפון חללית. החומר נעשה נוקשה כאשר המגן מפעיל כוח צנטריפוגלי, שמושג על ידי סיבוב עם הכניסה.
עד כה, וו וצוותו ערכו בדיקת ירידה באב-טיפוס מגובה של 100 מ '(328 רגל) באמצעות בלון (הסרטון שלו מוצג למטה). הם גם ערכו ניתוח דינאמי מבני שאישר שמגן החום מסוגל להיכנס אוטומטית לקצב סיבוב מספיק (6 סיבובים לשנייה) כשהוא נפרס מגבהים שגובהם עולה על 30 ק"מ (18.64 מיילים) - זה עולה בקנה אחד עם שכבת כדור הארץ.
הצוות ערך גם ניתוח תרמי שהצביע על כך שמגן החום יכול להפחית את טמפרטורות הקצה הקדמי ב -100 K (100 מעלות צלזיוס; 212 מעלות צלזיוס) על רכב בגודל CubeSat ללא צורך בבידוד תרמי סביב המגן עצמו (שלא כמו מבנים מתנפחים) ). העיצוב הוא גם מווסת את עצמו, כלומר אינו מסתמך על מכונות נוספות, ומפחית עוד יותר את משקל החללית.
ובניגוד לעיצובים המקובלים, אב הטיפוס שלהם ניתן להרחבה לשימוש על סיפון חלליות קטנות יותר כמו CubeSats. על ידי הצטיידות במגן כזה, ניתן היה לשחזר את CubeSats לאחר כניסתם מחדש לאטמוספירה של כדור הארץ ובכך להפוך לשימוש חוזר. כל זאת בהתאם למאמצים הנוכחיים להפוך את חקר החלל והמחקר לחסכוני, בין השאר באמצעות פיתוח חלקים שניתנים לשימוש חוזר וניתנים להחזרה. כפי שהסביר וו:
"יותר ויותר מחקר נערך בחלל, אבל זה בדרך כלל יקר מאוד והציוד צריך לחלוק טרמפ עם רכבים אחרים. מכיוון שאב-טיפוס זה הוא קל ומשקל וגמיש מספיק לשימוש בלוויינים קטנים יותר, ניתן היה להפוך את המחקר לקל וזול יותר. מגן החום יסייע גם לחסוך עלויות במשימות התאוששות, מכיוון שגרירתו הגבוהה המושרה מפחיתה את כמות הדלק שנשרף עם הכניסה מחדש. "
כשמגיע הזמן לפרוס חלליות כבדות יותר למאדים, שכנראה יהיו כרוכות במשימות של צוותים, ייתכן בהחלט שמגני החום שמבטיחים שהם יגיעו לבטחה אל פני השטח מורכבים מחומרים קלים וגמישים המסתובבים להתקשות. בינתיים, עיצוב זה יכול לאפשר מערכות כניסה קלות וקומפקטיות לחלליות קטנות יותר, מה שהופך את מחקר CubeSat לזול בהרבה.
כזה הוא אופי חקר החלל המודרני, שכולו קיצוץ בעלויות והנגשת המרחב. והקפידו לבדוק את הסרטון הזה גם ממבחן הירידה של הצוות, באדיבות רואי וווי וצוות MACE:
