充氣式隔熱罩可以為厚厚的大氣層提供重型有效載荷

向火星發(fā)送有效載荷的一個(gè)更大挑戰(zhàn)是與地球大氣相抗衡。雖然與地球相比非常薄(大約占地球氣壓的1%)，但由此產(chǎn)生的空氣摩擦仍然是尋求降落在那里的航天器的問題。展望未來，美國(guó)宇航局希望在火星以及其他行星上放置更重的有效載荷 - 其中一些行星可能具有與地球一樣密集的大氣層。

對(duì)此的可能解決方案是使用可充氣的氣囊殼隔熱罩，其優(yōu)于剛性隔熱罩。為了開發(fā)這項(xiàng)技術(shù)，美國(guó)宇航局和聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟(ULA)合作開發(fā)了一種充氣式隔熱罩，稱為充氣式減速器(LOFTID)的低地球軌道飛行試驗(yàn)。到2022年，他們希望將這種先進(jìn)的原型發(fā)送到低地球軌道(LEO)進(jìn)行測(cè)試。

當(dāng)航天器進(jìn)入大氣層時(shí)，空氣動(dòng)力會(huì)對(duì)其施加阻力。這減緩了航天器的速度，將其動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能。當(dāng)然，這種熱量會(huì)變得非常強(qiáng)烈，對(duì)航天器及其可能攜帶的任何機(jī)組人員構(gòu)成威脅。因此，有效載荷和載人飛行任務(wù)配備了隔熱罩，以便在大氣進(jìn)入時(shí)保護(hù)它們。

自1958年成立以來，NASA在軌道進(jìn)入，下降和著陸(EDL)作業(yè)期間嚴(yán)重依賴復(fù)古火箭推進(jìn)和剛性隔熱罩來減速航天器。不幸的是，這些系統(tǒng)存在一些缺點(diǎn)，其中最重要的是質(zhì)量和對(duì)推進(jìn)劑的需求。同時(shí)，可擴(kuò)展性是一個(gè)問題，因?yàn)檩^大的有效載荷需要更大的空氣殼，這意味著更大的質(zhì)量。

這是充氣式隔熱罩特別有用的地方。使用這項(xiàng)技術(shù)，美國(guó)宇航局和其他太空機(jī)構(gòu)將能夠使用更大的空氣殼，這可以產(chǎn)生更大的阻力，同時(shí)節(jié)省質(zhì)量。通過結(jié)合利用空氣動(dòng)力而不是推進(jìn)力的LOFTID等想法，NASA將徹底改變其向行星和軌道運(yùn)送有效載荷的方式。

該概念是超音速充氣氣動(dòng)減速器(HIAD)技術(shù)的一個(gè)例子，NASA已經(jīng)研究了十多年。HIAD不僅提供了最有效的方式來減速進(jìn)入具有大氣的行星的航天器，而且還通過利用可以存放在運(yùn)載火箭內(nèi)的充氣材料來克服剛性系統(tǒng)的包裝限制。

因此，這項(xiàng)技術(shù)是減速進(jìn)入具有大氣的行星的航天器的最有效的方法，并且可以將更大的質(zhì)量傳遞到地球上的任何高度。在進(jìn)行了兩次亞軌道飛行試驗(yàn)后，LOFTID軌道飛行試驗(yàn)(2022年)是證明過程中的下一個(gè)合乎邏輯的步驟，因?yàn)樗鼘⒃试S該技術(shù)在許多任務(wù)應(yīng)用中得到驗(yàn)證。

一旦測(cè)試完成并且技術(shù)可以集成，LOFTID和其他HIAD概念可以使太陽系中的其他行星和物體以及高海拔地區(qū)的任務(wù)成為可能。它還可以用于從國(guó)際空間站(ISS)返回地球的有效載荷和機(jī)組人員，以及用于恢復(fù)可重復(fù)使用的部件，例如ULA提議的Vulcan火箭上的發(fā)動(dòng)機(jī)。

美國(guó)宇航局蘭利研究中心仍在進(jìn)行測(cè)試，工程師正在準(zhǔn)備用于發(fā)射的充氣式隔熱罩。這包括測(cè)量氮?dú)獾臏囟?，因?yàn)樗鼜脑诔醮卧囷w期間使用的罐中排出。包裝和部署測(cè)試也由位于加利福尼亞州圣安娜的降落傘設(shè)計(jì)和制造公司Airborne System進(jìn)行。

如果2022年的軌道測(cè)試一切順利，我們可以預(yù)期，HIAD型氣溶膠艙將成為火星，金星，土衛(wèi)六以及太陽系中其他具有更濃密氣氛的物體的常規(guī)任務(wù)。