Bezpieczniejsze wejście w atmosferę ziemską
Opór powietrza pomaga zwolnić tempo, z jakim kapsuły misji kosmicznych są przyciągane przez grawitację ziemską. Jednak tarcie generowane przez kapsuły pędzące w kierunku Ziemi doprowadza do ekstremalnego skoku temperatur. Z chwilą wejścia w atmosferę z prędkością naddźwiękową, otaczający gaz mający kontakt z powierzchnią kapsuły powoduje uwalnianie ciepła. Aby nie spłonąć, jak meteoryty spadające na Ziemię, kapsuły powrotne lecą wstecz, by wytracić prędkość i wejść w atmosferę pod odpowiednim kątem. Co więcej, muszą mieć właściwy kształt i być pokryte odpowiednim materiałem. Osłona ciepłochronna, niezbędna do przetrwania wejście w atmosferę, przyczyniła się do opracowania szeregu nowych technologii. Celem finansowanego przez UE projektu "Radiation-shapes thermal protection investigations for high-speed Earth re-entry" (RASTAS SPEAR) było dopracowanie kilku kluczowych technologii. W ramach inicjatywy powstały także silne technologiczne podstawy do przygotowania przyszłych próbnych misji powrotnych. Ponadto wyniki projektu przyczynią się do planowania misji Europejskiej Agencji Kosmicznej MarcoPolo-R na prymitywną asteroidę nieopodal Ziemi. Aby lepiej zrozumieć zjawiska, które odgrywają rolę w naddźwiękowym wejściu w atmosferę, w projekcie RASTAS SPEAR przeprowadzono przegląd możliwości i ograniczeń instalacji testowych. Fala uderzeniowa tworząca się przed pojazdami wkraczającymi w atmosferę i przepływ gazu wokół nich można odtworzyć w naddźwiękowych plazmowych tunelach aerodynamicznych. Przegląd skupiał się na zasadach działania istniejących instalacji wraz ze stosowanymi metodologiami testowymi, a także wszelkim sprzęcie używanym do zbierania pomiarów. W oparciu o wyniki tych porównań, partnerzy projektu RASTAS SPEAR zaprojektowali nowy sprzęt i metodologie pozwalające na symulację zmian ciśnienia doświadczanego przez kapsuły podczas wkraczania w atmosferę. Powstały modele teoretyczne oparte na obliczeniowej dynamice płynów służące do analizy wpływu na system ochrony termicznej kapsuł. Zespół projektu RASTAS SPEAR połączył i przetestował także nowe materiały podatne na zgniecenia, które mogłyby absorbować siłę uderzenia oraz spoiwa do elementów łączących TPS o usprawnionym działaniu. Zaprojektowano model demonstracyjny osłony termicznej na potrzeby próbnej misji powrotnej i poddano testom w plazmowych tunelach aerodynamicznych. Testy te przeprowadzono we Włoszech, w plazmowym tunelu aerodynamicznym Scirocco w Kapua, niedaleko Neapolu, w jednej z nielicznych tego typu instalacji na świecie, gdzie przeprowadzenie takich testów jest możliwe. Dowiedziono, że model demonstracyjny działa zgodnie z planem, a modelowanie matematyczne okazało się dokładne, co stwarza nowe fascynujące możliwości dla eksploracyjnych misji kosmicznych.
