Die „makellose“ Hitzeschild-Demo der NASA besteht den Test

Vor etwas mehr als einem Jahr kam ein NASA-Flugtestartikel mit einer Geschwindigkeit von mehr als 18.000 Meilen pro Stunde aus dem Weltraum zurück und erreichte Temperaturen von fast 2.700 °F, bevor er sanft im Pazifischen Ozean landete. In diesem Moment wurde es zum größten stumpfen Körper – einer Art Wiedereintrittsfahrzeug, das eine wärmeableitende Stoßwelle erzeugt –, der jemals wieder in die Erdatmosphäre eintrat.

Der Low-Earth Orbit Flight Test of an Inflatable Decelerator (LOFTID) startete am 10. November 2022 an Bord einer Atlas-V-Rakete der United Launch Alliance (ULA) und demonstrierte erfolgreich einen aufblasbaren Hitzeschild. Diese Technologie, auch als Hypersonic Inflatable Aerodynamic Decelerator (HIAD)-Aeroshell bekannt, könnte es größeren Raumfahrzeugen ermöglichen, sicher durch die Atmosphären von Himmelskörpern wie Mars, Venus und sogar Saturnmond Titan abzusteigen.

„Aerogranaten mit großem Durchmesser ermöglichen es uns, wichtige Unterstützungsausrüstung und möglicherweise sogar Besatzungsmitglieder auf die Oberfläche von Planeten mit Atmosphären zu bringen. Diese Fähigkeit ist von entscheidender Bedeutung für die Ambitionen des Landes, die Erforschung unseres Sonnensystems durch Menschen und Roboter auszuweiten“, sagte Trudy Kortes, Direktor des Technology Demonstrations Missions (TDM)-Programms im Space Technology Mission Directorate (STMD) der Agentur im NASA-Hauptquartier in Washington.

Die NASA entwickelt seit über einem Jahrzehnt HIAD-Technologien, darunter zwei kleinere suborbitale Flugtests vor LOFTID. Zusätzlich zu dieser erfolgreichen Technologiedemo untersucht die NASA zukünftige Anwendungen, einschließlich der Zusammenarbeit mit kommerziellen Unternehmen, um Technologien für den Wiedereintritt kleiner Satelliten, die Lufterfassung und cislunare Nutzlasten zu entwickeln.

„Dies war ein Schlüsselereignis für uns, und die kurze Antwort lautet: Es war äußerst erfolgreich“, sagte LOFTID-Projektmanager Joe Del Corso. „Unsere Bewertung von LOFTID endete mit dem Versprechen, was diese Technologie leisten könnte, um die Erforschung des Weltraums zu ermöglichen.“

Aufgrund des Erfolgs der LOFTID-Technologiedemo kündigte die NASA im Rahmen ihres Tipping-Point-Programms an, dass sie mit ULA zusammenarbeiten werde, um die „nächste Größe“ zu entwickeln und zu liefern, eine größere 12-Meter-HIAD-Flugzeughülle zur Bergung der Vulcan-Triebwerke des Unternehmens aus der Tiefsee Umlaufbahn zur Wiederverwendung.

Ein erfolgreicher Test in den Büchern, eine Video-Zusammenfassung

Das LOFTID-Team führte kürzlich im Langley Research Center der NASA in Hampton, Virginia, eine Analyse des Flugtests nach dem Flug durch. Ihr Urteil?

Nach der Bergung stellte das Team fest, dass LOFTID makellos erschien und nur minimale Schäden aufwies, was bedeutet, dass seine Leistung, wie Del Corso es ausdrückt, „einfach makellos“ war.

Hier sind einige interessante visuelle Highlights vom Flugtest von LOFTID.

Um zum atmosphärischen Wiedereintritt zu gelangen, musste LOFTID eine komplizierte Abfolge von Ereignissen durchlaufen. Del Corso verglich es mit einem Rube-Goldberg-Gerät, einer komplexen Maschine, die dazu konzipiert ist, einfache Aufgaben durch eine Reihe von Kettenreaktionen auszuführen.

Das Video zeigt den Moment, in dem LOFTID das HIAD einsetzt (links), im Vergleich zu einer Vorfluganimation, die vom Advanced Concepts Lab der NASA Langley entwickelt wurde (rechts). Am Ende des Videos kommt es zur Inflation, während LOFTID über den afrikanischen Kontinent fliegt.

Beim Flug über das Mittelmeer trennte sich LOFTID von der Oberstufe der ULA Centaur. Links ist LOFTID mit der nach vorne gerichteten Kamera von Centaur zu sehen. Das zusammengesetzte Bild auf der rechten Seite stammt von Kameras rund um den Mittelkörper von LOFTID, die nach vorne und außen auf die orangefarbene aufblasbare HIAD-Struktur blicken. In der Mitte blickt LOFTID von einer nach hinten gerichteten Kamera zurück auf Centaur.

Als LOFTID wieder in die Erdatmosphäre eintrat und fast 2.700 °F erreichte, führte die extreme Hitze dazu, dass umliegende Gase ionisierten und Plasma bildeten. Auf der rechten Seite wurden die Bilder der zentralen Körperkameras im sichtbaren Spektrum extrem hell, während die Erde auf Infrarotkameras sichtbar ist, während sich das Fahrzeug drehte.

Die Kamera machte Aufnahmen davon, wie das Plasma schnell seine Farbe von Orange zu Lila ändert. Warum ändert sich die Farbe? „Wir untersuchen immer noch genau, was das verursacht“, sagte John DiNonno, Chefingenieur von LOFTID. Die Animation auf der linken Seite zeigt die Vorstellung eines Künstlers, wie die Vorderseite ausgesehen haben könnte.

Dieses Video, das vom Scientifically Calibrated In-Flight Imagery Team der NASA Langley aufgenommen wurde, zeigt LOFTID während der Spitzenverzögerung, während das Plasma zurückgeht. Links streift LOFTID durch den Nachthimmel über dem Pazifischen Ozean. Rechts flammt die violette Färbung auf der Rückseite von LOFTID auf.

Im zweiten Teil des Videos wechselt die linke Seite zu einer der Kameras, die auf die Rückseite der Aerohülle blickt, wobei das zurückweichende Plasma am Rand streift.

Nachdem die Geschwindigkeit von mehr als 18.000 Meilen pro Stunde auf weniger als 80 Meilen pro Stunde abgebremst worden war, löste LOFTID seine Fallschirme aus.

Von einer Infrarotkamera an Bord des Bergungsschiffs zeigt dieses Video den Einsatz des Fallschirms und das Auftauchen knapp über dem Horizont. Zum Vergleich finden Sie rechts die Preflight-Animation.

LOFTID platschte im Pazifischen Ozean mehrere hundert Meilen vor der Ostküste Hawaiis und nur etwa acht Meilen vom Bug des Bergungsschiffs entfernt – fast genau wie im Modell dargestellt. Eine Besatzung bestieg ein kleines Boot, holte LOFTID und hievte es auf das Bergungsschiff.

„Die LOFTID-Mission war wichtig, weil sie bewies, dass das hochmoderne HIAD-Design in einem angemessenen Maßstab und in einer relevanten Umgebung erfolgreich funktioniert“, sagte Tawnya Laughinghouse, Leiterin des TDM-Programmbüros am Marshall Space Flight Center der NASA in Huntsville, Alabama.