अंतरिक्ष अन्वेषण और अंतरिक्ष यान डिजाइन के अधिक चुनौतीपूर्ण पहलुओं में से एक पुन: प्रवेश की योजना है। यहां तक कि मंगल जैसे पतले वायुमंडल वाले ग्रहों के मामले में, किसी ग्रह के वायुमंडल में प्रवेश करने से बहुत अधिक गर्मी और घर्षण पैदा होता है। इस कारण से, अंतरिक्ष यान हमेशा इस ऊर्जा को अवशोषित करने के लिए हीट शील्ड्स से लैस रहा है और यह सुनिश्चित करता है कि अंतरिक्ष यान पुन: प्रवेश के दौरान दुर्घटनाग्रस्त न हो या जल न जाए।
दुर्भाग्य से, वर्तमान अंतरिक्ष यान को विशाल inflatable या यंत्रवत् तैनात ढालों पर भरोसा करना चाहिए, जो अक्सर उपयोग करने के लिए भारी और जटिल होते हैं। इसे संबोधित करने के लिए, मैनचेस्टर विश्वविद्यालय के एक पीएचडी छात्र ने हीट शील्ड के लिए एक प्रोटोटाइप विकसित किया है जो केन्द्रापसारक बलों पर लचीला, हल्का सामग्री को कठोर करने के लिए निर्भर करेगा। यह प्रोटोटाइप, जो अपनी तरह का पहला है, जो अंतरिक्ष यात्रा की लागत को कम कर सकता है और मंगल पर भविष्य के मिशन को सुविधाजनक बना सकता है।
इस अवधारणा का प्रस्ताव मैनचेस्टर स्कूल ऑफ मैकेनिकल, एयरोस्पेस और सिविल इंजीनियरिंग (MACE) के एक पीएचडी छात्र रुई वू द्वारा किया गया था। वह पीटर सी। रॉबर्ट्स और कार्ल ड्राइवर - स्पेसक्राफ्ट इंजीनियरिंग में एक वरिष्ठ लेक्चरर और एमएसीई में एक लेक्चरर, क्रमशः - और मैनचेस्टर एयरोस्पेस रिसर्च इंस्टीट्यूट के विश्वविद्यालय के कॉन्सटेंटिनो सॉटिस द्वारा शामिल हुए थे।
बस इसे लगाने के लिए, वायुमंडल वाले ग्रह अंतरिक्ष यान को लैंडिंग की तैयारी में धीमा करने के लिए वायुगतिकीय खींचें का उपयोग करने की अनुमति देते हैं। इस प्रक्रिया से प्रचंड गर्मी पैदा होती है। पृथ्वी के वायुमंडल के मामले में, 10,000 ° C (18,000 ° F) का तापमान उत्पन्न होता है और अंतरिक्ष यान के चारों ओर की हवा प्लाज्मा में बदल सकती है। इस कारण से, अंतरिक्ष यान को फ्रंट-एंड माउंटेड हीट शील्ड की आवश्यकता होती है जो अत्यधिक गर्मी को सहन कर सके और आकार में वायुगतिकीय हो।
मंगल पर तैनात होने के दौरान, परिस्थितियां कुछ अलग होती हैं, लेकिन चुनौती समान रहती है। जबकि मंगल ग्रह का वातावरण पृथ्वी के 101.325 kPa की तुलना में 0.636 kPa की औसत सतह के दबाव के साथ पृथ्वी के 1% से भी कम है, लेकिन अंतरिक्ष यान को अब भी बर्नअप से बचने और भारी भार उठाने के लिए हीट शील्ड की आवश्यकता होती है। वू का डिज़ाइन संभावित रूप से इन दोनों मुद्दों को हल करता है।
प्रोटोटाइप का डिज़ाइन, जिसमें एक स्कर्ट के आकार की ढाल होती है जिसे स्पिन करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, एक हीट शील्ड बनाना चाहता है जो वर्तमान और भविष्य के अंतरिक्ष मिशनों की जरूरतों को पूरा कर सके। जैसा कि वू ने समझाया:
"भविष्य के मिशनों के लिए अंतरिक्ष यान पहले से कहीं अधिक बड़ा और भारी होना चाहिए, जिसका अर्थ है कि हीट शील्ड्स का प्रबंधन करने के लिए तेजी से बहुत बड़ा हो जाएगा ... भविष्य के मिशनों के लिए अंतरिक्ष यान पहले से कहीं अधिक बड़ा और भारी होना चाहिए, जिसका अर्थ है कि हीट शील्ड्स का प्रबंधन करने के लिए तेजी से बहुत बड़ा हो जाएगा। । "
वू और उनके सहयोगियों ने हाल ही में पत्रिका में छपे एक अध्ययन में अपनी अवधारणा का वर्णन कियाअरका अंतरिक्ष यात्री (शीर्षक "लचीली गर्मी ढाल केन्द्रापसारक बल द्वारा तैनात")। डिजाइन में एक उन्नत, लचीली सामग्री होती है, जिसमें उच्च तापमान सहिष्णुता होती है और एक अंतरिक्ष यान में आसान-तह और भंडारण के लिए अनुमति देता है। सामग्री कठोर हो जाती है क्योंकि ढाल केन्द्रापसारक बल लागू करता है, जो प्रवेश पर घूमने से पूरा होता है।
अब तक, वू और उनकी टीम ने एक गुब्बारे (जिसका वीडियो नीचे पोस्ट किया गया है) का उपयोग करके 100 मीटर (328 फीट) की ऊँचाई से प्रोटोटाइप के साथ ड्रॉप टेस्ट किया है। उन्होंने एक संरचनात्मक गतिशील विश्लेषण भी किया, जिसने पुष्टि की कि हीट शील्ड 30 किमी (18.64 मील) से अधिक की ऊंचाई से तैनात होने पर एक पर्याप्त स्पिन दर (6 क्रांतियों प्रति सेकंड) को स्वचालित रूप से संलग्न करने में सक्षम है - जो पृथ्वी के समताप मंडल के साथ मेल खाता है।
टीम ने एक थर्मल विश्लेषण भी किया, जिसमें संकेत दिया गया कि क्यूबसैट के आकार के वाहन पर हीट शील्ड 100 K (100 ° C; 212 ° F) से फ्रंट एंड टेंपरेचर को कम कर सकता है, बिना शील्ड के चारों ओर थर्मल इन्सुलेशन की आवश्यकता के बिना (inflatable संरचनाओं के विपरीत) )। डिजाइन स्वयं-विनियमन भी है, जिसका अर्थ है कि यह अतिरिक्त मशीनरी पर निर्भर नहीं करता है, अंतरिक्ष यान के वजन को और भी कम कर देता है।
और पारंपरिक डिजाइनों के विपरीत, उनका प्रोटोटाइप क्यूबसैट जैसे छोटे अंतरिक्ष यान में उपयोग के लिए स्केलेबल है। इस तरह के कवच से लैस होने के बाद, क्यूब्स को पृथ्वी के वायुमंडल में फिर से प्रवेश करने के बाद, प्रभावी रूप से पुन: प्रयोज्य बनने के बाद पुनर्प्राप्त किया जा सकता है। यह पुन: प्रयोज्य और पुनर्प्राप्ति भागों के विकास के माध्यम से अंतरिक्ष अन्वेषण और अनुसंधान लागत प्रभावी बनाने के लिए वर्तमान प्रयासों को ध्यान में रखते हुए है। जैसा कि वू ने समझाया:
“अंतरिक्ष में अधिक से अधिक शोध किया जा रहा है, लेकिन यह आमतौर पर बहुत महंगा है और उपकरण को अन्य वाहनों के साथ सवारी साझा करना पड़ता है। चूंकि यह प्रोटोटाइप छोटे उपग्रहों पर उपयोग के लिए काफी हल्का और लचीला है, इसलिए शोध को आसान और सस्ता बनाया जा सकता है। हीट शील्ड भी रिकवरी मिशन में लागत बचाने में मदद करेगी, क्योंकि इसके उच्च प्रेरित ड्रैग से री-एंट्री पर जलाए जाने वाले ईंधन की मात्रा कम हो जाती है। ”
जब मंगल पर भारी अंतरिक्ष यान को तैनात करने का समय आता है, जिसमें चालक दल के मिशन शामिल होंगे, तो यह पूरी तरह से संभव है कि गर्मी ढालें जो यह सुनिश्चित करती हैं कि वे सतह पर इसे सुरक्षित रूप से बनाते हैं हल्के, लचीले सामग्रियों से बने होते हैं जो कठोर हो जाते हैं। इस बीच, यह डिज़ाइन छोटे अंतरिक्ष यान के लिए हल्के और कॉम्पैक्ट एंट्री सिस्टम को सक्षम कर सकता है, जिससे क्यूबसैट अनुसंधान अधिक किफायती हो सकता है।
यह आधुनिक अंतरिक्ष अन्वेषण की प्रकृति है, जो लागत में कटौती और अंतरिक्ष को अधिक सुलभ बनाने के बारे में है। और रुई वुई और मैक टीम के सौजन्य से टीम के ड्रॉप टेस्ट से इस वीडियो को अवश्य देखें:
