Die Landung von Rovern und Hubschraubern auf dem Mars ist eine Herausforderung. Noch schwieriger wird es, wenn man nicht genügend Informationen darüber hat, wie die Fallschirme die Belastung während des Abstiegs zur Oberfläche aushalten. Forscher am Armstrong Flight Research Center der NASA in Edwards, Kalifornien, experimentieren mit leicht verfügbaren, hochelastischen Sensoren, die während der Tests an einem Fallschirm befestigt werden können, um die fehlenden Daten zu liefern.
Wenn man weiß, wie sich das Material des Fallschirms während der Entfaltung dehnt, kann man die Sicherheit und Leistung verbessern, indem man die Grenzen des Gewebes quantifiziert und bestehende Computermodelle für zuverlässigere Fallschirme für Aufgaben wie die Landung von Astronauten auf der Erde oder die Lieferung wissenschaftlicher Instrumente und Nutzlasten zum Mars verbessert. Ziel der Arbeit „Enhancing Parachutes by Instrumenting the Canopy“ (EPIC) ist es, die Fähigkeit zur Messung der Belastung eines Fallschirms zu verbessern.
„Wir wollen beweisen, welche Sensoren sich zur Bestimmung der Belastung des Materials von Fallschirmkappen eignen, ohne es zu beschädigen“, sagte Projektleiter LJ Hantsche. Das Space Technology Mission Directorate der NASA finanziert die Arbeit des Teams im Rahmen des Early Career Initiative-Projekts.
Ausgehend von 50 potenziellen Sensorkandidaten grenzte das Team die Auswahl ein und testete zehn verschiedene Sensortypen, darunter handelsübliche und in der Entwicklung befindliche Sensoren. Das Team wählte die drei vielversprechendsten Sensoren für weitere Tests aus.
Dazu gehört ein Sensor auf Silikonbasis, der eine Änderung der elektrischen Ladungsspeicherung misst, wenn der Sensor gedehnt wird. Er lässt sich auch leicht an Datenaufzeichnungssysteme anschließen, erklärte Hantsche. Der zweite Sensor ist ein kleiner, dehnbarer geflochtener Sensor, der die Änderung der elektrischen Speicherung misst. Der dritte Sensor wird hergestellt, indem eine metallische Tinte auf einen dünnen und biegsamen Kunststoff gedruckt wird.
Es sei schwierig gewesen, herauszufinden, wie die einzelnen Sensoren am hauchdünnen und rutschigen Baldachinmaterial befestigt werden könnten, sagte Hantsche. Nachdem das Team herausgefunden hatte, wie die Sensoren am Stoff befestigt werden konnten, konnten die Tests beginnen.
„Wir begannen mit einachsigen Tests, bei denen jedes Ende des Fallschirmmaterials gesichert und dann bis zum Bruch gezogen wurde“, sagte sie. „Der Test ist wichtig, weil die Dehnung des Sensors seine elektrische Reaktion verursacht. Die Bestimmung der Korrelation zwischen Dehnung und der Sensorreaktion, wenn er auf dem Stoff liegt, ist eines unserer wichtigsten Messziele.“
Diese Testphase wurde in Zusammenarbeit mit dem Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena, Kalifornien, durchgeführt. Eine Hochgeschwindigkeitsversion dieses Tests, die die Geschwindigkeit der Fallschirmentfaltung simuliert, wurde im Glenn Research Center der NASA in Cleveland durchgeführt.
Das Team verwendete für die Sensoren einen Blasentest, der den Test eines 3D-Fallschirms simuliert. Er besteht aus der Stoffprobe und einer Silikonmembran, die zwischen einem Ring mit vier Zoll Durchmesser und der Teststruktur eingeschlossen ist. Wird sie von innen unter Druck gesetzt, dehnt die Silikonmembran den Stoff und den Sensor zu einer Blasenform aus. Der Test dient zur Validierung der Leistung des Sensors, wenn er sich verbiegt, und wird mit den anderen Testergebnissen verglichen.
Da das EPIC-Projekt kurz vor dem Abschluss steht, könnten weitere Arbeiten Temperaturtests, die Entwicklung eines Datenerfassungssystems für den Flug, die Feststellung, ob der Sensor ohne nachteilige Auswirkungen mit einem Fallschirm verpackt werden kann, und den Betrieb des Systems im Flug umfassen. Das EPIC-Team arbeitet außerdem mit Forschern des Langley Research Center der NASA in Hampton, Virginia, zusammen, um seine Sensoren später in diesem Jahr im Flug zu testen. Dabei wird eine Drohnentestdrohne des Zentrums eingesetzt, die eine Kapsel mit einem Fallschirm abwirft.
Darüber hinaus arbeitet das EPIC-Team mit der Entry Systems Modeling Group am Ames Research Center der NASA im kalifornischen Silicon Valley zusammen, um ein umfassendes Fallschirmprojekt vorzuschlagen, das darauf abzielt, Fallschirme durch Modellierung und Testflüge besser zu verstehen. Das gemeinsame NASA-Projekt könnte zu besseren Fallschirmen führen, die für das bevorstehende Zeitalter der Entdeckung sicherer und zuverlässiger sind.