宇宙探査と宇宙船設計のより困難な側面の1つは、再突入の計画です。火星のような薄い大気の惑星の場合でも、惑星の大気に入ると、大量の熱と摩擦が発生することが知られています。このため、宇宙船には常にこのエネルギーを吸収する熱シールドが装備されており、再突入中に宇宙船がクラッシュしたり燃え尽きたりしないようにしています。
残念ながら、現在の宇宙船は巨大で膨張可能な、または機械的に配備されたシールドに頼らなければなりません。これに対処するために、マンチェスター大学の博士課程の学生は、遠心力に依存して柔軟で軽量な材料を硬化させる熱シールドのプロトタイプを開発しました。この種の最初のプロトタイプは、宇宙旅行のコストを削減し、火星への将来のミッションを促進することができます。
このコンセプトは、マンチェスターの機械、航空宇宙、土木工学（MACE）の博士課程の学生であるRui Wuによって提案されました。ピーターC.E.ロバーツとカールドライバー（それぞれ宇宙船工学の上級講師とMACEの講師）とマンチェスター大学航空宇宙研究所のコンスタンチノスソウティスが加わりました。
簡単に言えば、大気のある惑星は、宇宙船が空力抵抗を利用して着陸の準備を減速することを可能にします。このプロセスにより、大量の熱が発生します。地球の大気の場合、10,000°C（18,000°F）の温度が生成され、宇宙船の周囲の空気がプラズマに変わります。このため、宇宙船は、極端な熱に耐えることができ、空気力学的な形状のフロントエンドに取り付けられた熱シールドを必要とします。
火星に配備する場合、状況は多少異なりますが、課題は同じです。火星の大気は地球の1％未満ですが、地球の101.325 kPaと比較して平均表面圧力は0.636 kPaですが、宇宙船は燃焼を避けて重い荷物を運ぶために遮熱板を必要とします。ウーのデザインはこれらの問題の両方を潜在的に解決します。
回転するように設計されたスカート型シールドで構成されるプロトタイプのデザインは、現在および将来の宇宙ミッションのニーズに対応できるヒートシールドの作成を目指しています。ウーが説明したように：
「将来のミッションのための宇宙船は、これまでよりも大きくて重い必要があります。つまり、遮熱板は管理するには次第に大きくなりすぎます。将来のミッションのための宇宙船は、これまでよりも大きくて重い必要があります。 。」
呉と彼の同僚は、ジャーナルに掲載された最近の研究で彼らの概念を説明しましたアルカ宇宙飛行士 （「遠心力によって展開される柔軟な熱シールド」というタイトル）。設計は、高温耐性があり、宇宙船に簡単に折りたたみ、保管できる高度で柔軟な素材で構成されています。シールドが遠心力を加えると、材料は硬くなり、遠心力は侵入時に回転することによって達成されます。
これまでのところ、ウー氏と彼のチームは、風船を使って高度100 m（328フィート）からプロトタイプを使用して落下試験を実施しました（ビデオは以下に掲載されています）。彼らはまた、熱力学シールドが30 km（18.64 mi）を超える高度から配備された場合に熱シールドが十分なスピン速度（毎秒6回転）に自動的に従事できることを確認する構造動的解析も行いました。これは地球の成層圏と一致します。
チームはまた、熱解析がシールド自体の周りに断熱材を必要とせずに、CubeSatサイズの車両のフロントエンド温度を100 K（100°C; 212°F）下げることができることを示す熱分析も行いました（インフレータブル構造とは異なります） ）。また、設計は自動調整機能を備えているため、追加の機械に依存せず、宇宙船の重量をさらに削減できます。
また、従来の設計とは異なり、そのプロトタイプはCubeSatsのような小さな宇宙船に使用するために拡張可能です。このようなシールドを装備することで、CubeSatは地球の大気圏に再突入した後に回収され、効果的に再利用可能になります。これはすべて、部分的には再利用可能で検索可能な部品の開発を通じて、宇宙探査と研究を費用対効果の高いものにする現在の取り組みと一致しています。ウーが説明したように：
「宇宙でますます多くの研究が行われていますが、これは通常非常に高価であり、機器は他の車両と乗り物を共有する必要があります。このプロトタイプは軽量で柔軟性があり、小型の衛星で使用できるため、研究をより簡単かつ安価に行うことができます。熱シールドは、誘導抵抗が高いため、再突入時に燃焼する燃料の量が減少するため、回復任務のコスト削減にも役立ちます。」
より重い宇宙船が火星に配備される時が来たとき、それは乗組員のミッションを含む可能性が高く、それらが安全に表面に到達することを保証する熱シールドは軽量で柔軟な材料で構成され、回転して剛性になる可能性があります。それまでの間、この設計により、小型の宇宙船用の軽量でコンパクトなエントリーシステムが可能になり、CubeSatの研究がはるかに手頃な価格になります。
これが現代の宇宙探査の本質であり、コストを削減し、スペースをより利用しやすくすることです。また、Rui WuiとMACEチームの厚意により、チームの落下試験からもこのビデオをチェックしてください。
