나사의 대기권 진입 풍선 히트 쉴드 LOFTID

 (The LOFTID re-entry vehicle is comprised of the inflatable structure, the flexible thermal protection system and several center body segments containing electronics, sensors, inflation tanks, and the parachute.

Credits: NASA)

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(A stack of test rings is inflated during a test of LOFTID's inflation system. The rings are woven from a synthetic polymer that is, by weight, 10 times stronger than steel. Credit: NASA)

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(The LOFTID aeroshell, covered by the flexible thermal protection system, is inflated for testing at NASA's Langley Research Center in Hampton, Virginia. Credit: NASA/David C. Bowman )

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앞서 소개한 나사의 풍선식 히트 쉴드가 실제 풀 스케일 모델 대기권 진입 테스트를 준비하고 있습니다. 현재 대기권에 재진입하는 우주선이나 화성이나 금성처럼 대기를 지닌 행성에 착륙하는 우주선은 대기권 진입 시 엄청난 열과 압력을 견디기 위해 크고 무거운 방패 같은 히트 쉴드를 지니고 있습니다.

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무거운 히트 쉴드 대신 풍선을 이용하자는 아이디어는 오래 전부터 나왔습니다. 하지만 소재 기술의 한계로 섭씨 수천도의 고온에서 견디는 풍선을 제작하기는 매우 어려웠습니다. 최근에 들어서야 나사는 다시 이 과제에 도전하고 있습니다.

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앞서 준궤도에서 성공적인 테스트를 마친

Hypersonic Inflatable Aerodynamic Decelerator (HIAD)에 이어 나사는 지름 6m의 대형 팽창식 히트 쉴드인 Low-Earth Orbit Flight Test of an Inflatable Decelerator (LOFTID)를 개발했습니다.

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이전 포스트: https://blog.naver.com/jjy0501/100205661305

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LOFTID는 미해양대기청 NOAA의 Joint Polar Satellite System-2 (JPSS-2) 인공위성을 발사하는 데 추가로 끼어 들어가 테스트를 진행하게 됩니다. 로켓의 2단에 붙어 있다가 지구 대기로 초속 8km의 속도로 진입하게 되는 것입니다. 이 과정에서 물론 엄청난 열과 압력을 받기 때문에 LOFTID는 여러 층의 방어막을 지니고 있습니다.

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히트 쉴드의 가장 밖은 우븐 세라믹(woven ceramic)과 킬리콘 카바이드 (silicon carbide) 섬유 소재로 이뤄져 있어 높은 열을 견딜 수 있습니다. 이 소재는 검은색이어서 위에서 가장 윗 층이 검은 색이라는 점을 확인할 수 있습니다.

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그 아래에는 합성 폴리머로 되어 있는 여러 층의 풍선이 있습니다. 이 합성 폴리머는 같은 무게의 강철보다 10배나 튼튼해 높은 압력을 견딜 수 있습니다. 동심원 모양으로 되어 있는 여러 겹의 풍선도 압력을 분산시키고 구조적인 안전성을 더해 줍니다. 그리고 그 안에 있는 공기층이 열이 내부로 전달되는 것을 막아줍니다.

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(The Low-Earth Orbit Flight Test of an Inflatable Decelerator (LOFTID) aeroshell is made of an inflatable structure and flexible thermal protection system, constructed from advanced materials with high temperature limits.Credits: NASA)

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앞으로 이 기술은 대형 우주선이나 혹은 화성처럼 대기가 희박한 천체에 진입할 때 사용될 것입니다. 만화에서 보던 일이 현실이 되는 것은 언제가 될지 궁금합니다.

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참고

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https://www.nasa.gov/feature/nasa-inflatable-heat-shield-finds-strength-in-flexibility

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