Sandia évalue les boucliers thermiques pour les missions Mars Pattern Return et Titan
par Clarence Oxford
Los Angeles Californie (SPX) 16 octobre 2024
L’set up nationale d’essais thermiques solaires des Sandia Nationwide Laboratories utilise l’énergie solaire pour simuler la chaleur intense ressentie lors de la rentrée atmosphérique et du vol hypersonique. Les derniers exams visent à soutenir les missions de la NASA, notamment la campagne Mars Pattern Return, un effort conjoint avec l’Agence spatiale européenne visant à amener des échantillons de roche martienne sur Terre pour analyse. Ces échantillons pourraient révéler des preuves de vie ancienne et faciliter les préparatifs de futures missions humaines sur Mars.
Dans le cadre de la mission Mars Pattern Return, un Pattern Retrieval Lander transporterait la cost utile la plus lourde jamais envoyée sur Mars, ainsi qu’une fusée pour lancer les échantillons collectés sur l’orbite martienne. Les matériaux du bouclier thermique pour l’atterrisseur ont récemment été testés à Sandia, a déclaré Ken Armijo, ingénieur et directeur des exams de Sandia. « Ce serait la première mission visant à ramener des roches de Mars sur Terre ; la cost utile est plus importante », a expliqué Armijo. « Plus la cost utile est lourde et plus le véhicule d’entrée est grand, plus le véhicule chauffe lors de l’entrée atmosphérique et plus le bouclier thermique doit être performant. »
L’set up d’essais solaires de Sandia utilise des centaines de miroirs héliostats pour concentrer la lumière du soleil sur des échantillons mesurant jusqu’à trois pieds de giant, simulant ainsi les situations atmosphériques de différentes planètes. Contrairement aux jets d’arc et aux lasers, qui consomment beaucoup d’énergie, cette approche permet d’économiser entre 15 000 et 60 000 kilowatts par take a look at, ce qui équivaut à faire fonctionner simultanément 5 000 à 20 000 sèche-linge.
La tour d’énergie solaire de l’set up, haute de 200 pieds et équipée de 212 héliostats, offre un environnement distinctive pour tester des matériaux sous un flux solaire et une chaleur élevés. « Nous avons un flux et une distribution de flux élevés sur la tour solaire », a déclaré Armijo. L’set up peut simuler des situations de vol hypersoniques et accueillir de grands échantillons de take a look at, y compris des sections complètes d’avion. La lumière du soleil est concentrée jusqu’à 3 500 fois son intensité normale, permettant un contrôle précis de l’exposition à la chaleur.
Comparé au coût quotidien de 100 000 {dollars} des exams à jet d’arc et au coût quotidien de 150 000 {dollars} des exams laser, les exams solaires coûtent environ 25 000 {dollars} par jour, a noté Armijo. L’intensité de la lumière solaire peut être ajustée en faisant varier le nombre d’héliostats focalisés sur l’échantillon, imitant différentes situations de rentrée. L’ingénieur principal de la NASA pour le bouclier thermique du Pattern Retrieval Lander, Brandon Smith, a commenté : « La capacité de Sandia à tester à cette taille complète bien nos autres installations de take a look at. »
Les exams soutiennent également la mission Dragonfly de la NASA vers Titan, la plus grande lune de Saturne, avec des matériaux de safety thermique fabriqués à partir d’un ablateur de carbone imprégné phénolique, développé au centre de recherche Ames de la NASA. Précédemment utilisé dans des missions comme Stardust et Mars 2020, le matériau a été testé sur des échantillons de deux pieds de giant à Sandia. La capacité de l’set up à tester des échantillons plus grands a permis à la NASA de simuler les contraintes et les déformations subies lors de l’entrée dans l’atmosphère.
Dragonfly, un giravion conçu pour explorer l’atmosphère riche en méthane de Titan, est confronté à des défis uniques en raison de l’atmosphère dense de Titan, quatre fois plus épaisse que celle de la Terre. Pour recréer les situations thermiques de l’entrée atmosphérique de Martien et Titan, de l’azote gazeux est soufflé sur les échantillons de bouclier thermique pendant les exams. Une conduite de gaz nouvellement installée allant de la base au sommet de la tour électrique guarantee un débit de gaz adéquat, a déclaré Armijo.
Daniel Ray, technologue en mécanique chez Sandia, était responsable de l’set up de la conduite de gaz et de la résolution des problèmes lors des exams. « Mon rôle sur chaque projet est de le faire fonctionner », a déclaré Ray. Il a résolu un problème d’incendie du feutre de carbone en concevant des boucliers en céramique pour protéger le système.
En 2022, Sandia a également soutenu les exams du Laboratoire de Physique Appliquée sur un prototype d’échangeur thermique destiné aux futurs engins spatiaux. Le prototype a supporté des niveaux de lumière équivalents à 2 000 soleils, atteignant des températures de 3 100 degrés Fahrenheit, démontrant sa capacité à résister à la chaleur intense d’un survol solaire rapproché.
L’histoire de l’set up comprend divers projets aérospatiaux, tels que les exams de dômes de safety radar et l’évaluation de matériaux pour les navettes spatiales et les avions militaires. Sandia a affiné ses méthodes de exams solaires au fil des ans, a déclaré Armijo. « Comme nous pouvons composer les profils, nous sommes plus sûrs qu’il va survivre et fonctionner correctement pendant une mission. Il est essential d’avoir l’assurance qu’il atteindra Mars, atterrira et ramassera les roches en toute sécurité. »
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