Det är ingen hemlighet att NASA söker privata rymdentreprenörer för att få några av sina nuvarande planer att realiseras. Mot det slutet deltog NASA och SpaceX i ett aldrig tidigare skådat datadelningsprojekt som gynnar båda.
Projektet ägde rum den 21 september när NASA och den amerikanska marinen, efter flera försök, använde en serie IR-spårningskameror för att fånga bilder av en av SpaceXs Falcon 9 återanvändbara raketer under flygning. Kamerorna spelade in raketten när motoren i andra steget antändes och det första steget, efter att ha lossnat och fallit bort, gjorde om sina motorer för att sänka sig tillbaka till jorden för en noll-g-nedsläpp på havsytan.
De resulterande uppgifterna delas mellan de båda parterna och kommer att gynna dem båda.
För SpaceX kommer fördelen i form av detaljerad information som NASA tillhandahåller om temperaturer och aerodynamisk belastning på Falcon 9-raket, vilket kommer att hjälpa dem i deras ansträngningar att utveckla ett återanvändbart raketsystem. För NASA får ingenjörer en chans att samla in data om supersonisk retro-framdrivning som en dag kan hjälpa dem att sänka massiva, fler ton nyttolaster på Mars ytan.
"Eftersom teknologierna som krävs för att landa stora nyttolaster på Mars är väsentligt annorlunda än de som används här på jorden är investeringar i dessa tekniker kritiska," sade Robert Braun, huvudutredare för NASA: s Propulsive Descent Technologies (PDT) -projekt och professor vid Georgia Institute of Technology i Atlanta. Han är också NASA: s tidigare chefsteknolog. ”Detta är den första högupplösta datauppsättningen för ett raketsystem som skjuter in i dess riktning under resan med supersoniska hastigheter under Mars-relevanta förhållanden. Analys av denna unika datauppsättning gör det möjligt för systemingenjörer att extrahera viktiga lektioner för tillämpning och infusion av supersonisk retro-framdrivning i framtida NASA-uppdrag. ”
Supersonic retro-framdrivning innebär i grund och botten att generera supersoniskt drivkraft för att kasta hastigheten efter atmosfärisk inträde. Förutom aerobraking är detta ett av de föreslagna sätten att landa tung utrustning och livsmiljöer på Mars.
Braun är verkligen inte främling för konceptet. Efter att ha återvänt till Georgia Tech arbetade Braun - en specialist på inträde, härkomst och landning (EDL) - tillsammans med ingenjörer från universitetet och olika NASA-centra för att utveckla ett förslag till ett program för att testa detta koncept.
Vid den tiden avvisade NASA: s rymdteknologidirektorat (STMD) planen för att vara för dyr, men byrån behöver fortfarande ett sätt att landa nyttolaster över 20 ton om det någonsin vill montera en mänsklig expedition till Mars. Och med tanke på att det föreslagna uppdraget kommer att äga rum inom de kommande 16 åren, ju mer information de får nu, desto bättre.
På djupet: Mars Landing Approach: Problemen med att landa stora nyttolaster på ytan av Mars
Därför beslutet att samarbeta med SpaceX. I grunden träffade PDT-projektet en överenskommelse om att använda luftburen infraröd bildteknik - utvecklad för att studera rymdfärjan under flykt efter Columbia-olyckan - för att samla in data om den supersoniska retro-framdrivningen som SpaceX för närvarande använder för sin återanvändbara lanseringsfordonsutveckling.
Den här typen av samarbete är utan föregång, och som Braun berättade för Space Magazine via e-post, kommer det att gynna båda deltagarna oerhört:
”Detta är den första högupplösta datauppsättningen för ett raketsystem som skjuter in i dess riktning under resan med supersoniska hastigheter under Mars-relevanta förhållanden. Synergin mellan NASA: s intresse för att förbättra Mars: s inresa, härkomst och landningsförmåga och Space X: s intresse och experimentell drift av ett återanvändbart rymdtransportsystem gav en unik möjlighet att få dessa data till låg kostnad. Analys av denna unika datauppsättning gör det möjligt för systemingenjörer att extrahera viktiga lärdomar för infusion av supersonisk retropropulsion till framtida NASA-uppdrag som en dag kan sänka stora nyttolaster till Marsytan samtidigt som SpaceX får teknisk insikt för att främja utvecklingen av en återanvändbar rymdtransport systemet."
Efter misslyckade försök att avbilda raketen vid två tidigare uppdrag - 18 april och 14 juli - lyckades projektet med CRS-4-flygningen den 21 september. NASA, som startades på natten, förlitade sig på två flygplan - en WB-57 och en NP-3D Orion - utrustade med IR-sensorer i mittenvågen för att dokumentera återinträde till rakets första etapp.
Det första steget är den del av raketen som antänds vid lanseringen och brinner genom raketens stigning tills den slutar driva, vid vilken punkt den kastas från det andra steget och återgår till jorden. Det var under dess återkomst, eller nedstigning, som NASA tog kvaliteten på infraröda bilder och högupplösta bilder och övervakade förändringar i rökröret när motorerna var på och av.
Se videon från filmerna:
För NASA kom den flygningsperiod som var mest relevant för framtida operationer över Mars när det första steget färdades på cirka Mach 2 cirka 30 000 - 45 000 meter (100 000-150 000 fot) över ytan. De två IR-sensorerna på midwave - monterade i en näspod på WB-57 och internt på NP-3D - var cirka 60 nautiska mil från raketten när den gjorde om sina motorer för supersonisk retro-framdrivning.
Det producerade råbilder där scenen verkade 1 pixel bred och 10 pixlar lång, men efterföljande förbättring av specialister vid Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory förbättrade upplösningen dramatiskt.
"NASA: s intresse för att bygga vår Mars-inträde, härkomst och landningsförmåga och SpaceXs intresse och experimentella drift av ett återanvändbart rymdtransportsystem möjliggjorde förvärv av dessa data till låg kostnad, utan att stå upp ett eget flygprojekt av sig själv," sade Charles Campbell, PDT-projektledare vid NASA: s Johnson Space Center i Houston.
Ingenjörer vid NASA och SpaceX korrelerar nu data med företagstelemetri från den 21: e Falcon 9-lanseringen av en Dragon-lastbärare till den internationella rymdstationen för att lära sig exakt vad fordonet gjorde när det gäller avfyrning och manövrering när det genererades de underskrifter som samlats in av flygplanet.
