NASA testete aufblasbares Hitzeschutzschild

Die US-Raumfahrtbehörde hat die Tage ein spezielles Hitzeschutzschild getestet. Dieses ist entfaltbar (aufblasbar) und soll in Zukunft möglicherweise die Landung großer Nutzlasten auf dem Mars ermöglichen.

Wenn ein Raumfahrzeug in eine Atmosphäre eines Planeten eintritt, bremst der Luftwiderstand dieses ab und wandelt dessen kinetische Energie in Wärme um. Die Ausnutzung des Luftwiderstands ist die masseneffizienteste Methode zur Abbremsung eines Raumfahrzeugs bei der Landung. Erst in Nähe der Oberfläche kommen dann Fallschirme zum weiteren Abbremsen des Raumfahrzeugs zum Einsatz.

Bisher waren Hitzeschutzschilder, die Raumfahrtzeuge beim Eintritt in die Atmosphäre der Erde oder eines Planeten wie den Mars vor der Reibungshitze schützen, immer als feste Einheit konstruiert. Das heißt, das Hitzeschutzschild hatte die Größe einer Raumkapsel oder eines Landekörpers (z.B. der Mars-Lander). Um große Nutzlasten sicher in der Atmosphäre eines Himmelskörpers abbremsen zu können, braucht es aber größere Hitzeschutzschilde. Diese lassen sich bei bisheriger Konstruktionsweise dann aber nicht mehr mit Raketen ins All schießen. Die Lösung ist ein entfaltbarer Hitzeschutzschild.

Die NASA hat die Tage einen ersten Test, Low-Earth Orbit Flight Test of an Inflatable Decelerator (LOFTID), mit einem solchen aufblasbaren Hitzeschutzschild durchgeführt.  Obiger Tweet zeigt in einer Animation, wie der Test ablaufen sollte. Nachdem der LOFTID mit einer Rakete ins All geschossen wurde, entfaltet sich der Demonstrator und tritt in die Atmosphäre ein. Dort wird er durch die Reibungshitze abgebremst und kurz vor der Landung entfaltet sich ein Fallschirm zur weiteren Reduzierung der Geschwindigkeit.

Der Low-Earth Orbit Flight Test of an Inflatable Decelerator (LOFTID) der NASA wurde etwa 75 Minuten nach dem Start durch eine Atlas V 401-Trägerrakete der United Launch Alliance (ULA) vom Space Launch Complex-3 auf der Vandenberg Space Force Base in Kalifornien am 10. November 2022 um 09:49 UTC (01:49 PST, 04:49 EST) erfolgreich in die Umlaufbahn gebracht. Dieses Video auf YouTube zeigt schematisch den Test vom 10. November 2022.

Obiges Video, welches im Tweet eingebettet ist, besagt, dass das LOFTID sich schätzungsweise in einer Höhe von etwa 78 Meilen befindet. Dort setzt man den Beginn des Wiedereintritts in die Atmosphäre fest. Der Demonstrator beginnt mit dem Abstieg durch die Erdatmosphäre begonnen und steuert auf eine Wasserlandung im Pazifik zu (einfach auf das Bild klicken, um das Video wiedergeben zu können).

In diesem YouTube-Video sind Videoaufnahmen von der Entfaltung des Hitzeschutzschilds im Weltraum, an der Spitze der Atlas V 401-Oberstufe, zu sehen. Dann fällt der LOFTID in die Erdatmosphäre ein, um schließlich an einem Fallschirm im Pazifik zu wassern. Die NASA beschreibt das Projekt in diesem Artikel (Englisch).

LOFTID soll eine große Aeroshell (zum Abbremsen eines Raumfahrtzeugs) mit einem Durchmesser von 6 Metern demonstrieren, die aus einer niedrigen Erdumlaufbahn in die Atmosphäre eintritt. Die Vorteile des aufblasbaren Abbremsmechanismus für eine Vielzahl von Raumfahrtanwendungen sind unter anderem:

• Rückkehr in die niedrige Erdumlaufbahn; Freiflieger, im Weltraum hergestellte Materialien [3 bis 6 Meter Größe]
• Rückkehr größerer Massen von der Internationalen Raumstation mit einer größeren Abmessung / bzw. Gewicht als derzeit möglich [8 bis 12 Meter]
• Kostengünstigerer Zugang zum Weltraum durch Rückholung von Trägerraketen [12-Meter-Maßstab].

Die aufblasbare Bremstechnologie ist sowohl für bemannte als auch für große Robotermissionen zum Mars skalierbar. Beim Test am 10. November 2022 wurde das LOFTID an Bord einer United Launch Alliance Atlas V als sekundäre Nutzlast mitgeführt. Die primäre Mission diente dem Start des Joint Polar Satellite System-2 (JPSS-2), ein Wettersatellit auf einer polaren Umlaufbahn.

Der Versuch scheint auf jeden Fall geglückt – denn hier beschreibt die NASA, dass das LOFTID-Team am 10. November 2022 das abwerfbare Datenmodul der Mission erfolgreich aus dem Pazifischen Ozean geborgen habe. Das Datenmodul ähnelt einer großen Zitrone und enthält eine Sicherungskopie der während der LOFTID-Demonstration aufgezeichneten Daten. Eine weitere Kopie der Daten ist an Bord des Hitzeschilds selbst gespeichert, den das Team bereits geborgen hat. Dieser Artikel beschreibt die Mission noch etwas ausführlicher.