Uzay araştırmalarında akıllı malzemelerin kullanım durumları her yerde ortaya çıkmaya devam ediyor. Uydulardaki anten konuşlandırmalarından gezici deformasyon ve yeniden biçimlendirmeye kadar her şeyde kullanılırlar.
En son fikirlerden biri, bunları, bir görev için öncelikle bir tahrik sistemi olarak kullanılabilecek güneş yelkenlerini, görev nihai varış noktasına ulaştığında bir ısı kalkanına dönüştürmek için kullanmaktır. Her ikisi de Auburn Üniversitesi Havacılık ve Uzay Mühendisliği Bölümü’nden Joseph Ivarson ve Davide Guzzetti tarafından hazırlanan yeni bir makale Acta Astronauticafikrin nasıl işe yarayabileceğini açıklıyor ve güneş sisteminin çeşitli bölümlerini keşfetmeye yönelik bazı potansiyel uygulamaları listeliyor.
Şekil Değiştiren Yelken (3S) adını verdikleri konsept basittir; bir geminin varış noktasına olan yolculuğunun çoğunda güneş yelkeni görevi gören ince bir malzeme tabakasına sahiptir. Bu hedefe ulaştığında, levhanın yönünü değiştirin, böylece sondanın hedef dünyanın atmosferine girmesi veya yörüngesine doğru aerofrenleme yapması için bir ısı kalkanı ve sürükleme cihazı görevi görebilir.
Bu anahtar, genellikle düz güneş yelkenini daha fazla koni veya kalkan şekline katlayan bir dizi şekil hafızalı alaşım (SMA) menteşesi kadar basit olabilir; böylece sürüklenmeye yardımcı olur, bu da sondayı yavaşlatır ve aynı zamanda ısının bir kısmının saptırılmasına yardımcı olur ve esasen -kuşkusuz sadece kısmen etkili- bir ısı kalkanı görevi görür.
Ancak böyle bir sistem kurmaya çalışmadan önce mühendisler tüm iyi mühendislerin yapacağı şeyi yaptılar; önce sistemi modellediler. Bu durumda modelleme çalışmalarını iki farklı aşamaya ayırdılar: “tasarım alanı” çalışması ve fizibilite çalışması.
Mühendislik dilinde “tasarım uzayının” dış uzayla hiçbir ilgisi yoktur; Mars’ın atmosferine giren bir sondanın ağırlığı veya en yüksek sıcaklığı gibi belirli bir ölçümü etkileyebilecek tüm farklı faktörleri yakalamaya çalışan bir terimdir. Mühendisler, simülasyonda bu faktörleri değiştirerek, özellikle yelkenin ağırlığını azaltmak veya termal koruma etkisini arttırmak gibi ödünler konusunda, vermeleri gereken en önemli tasarım kararlarına ilişkin bir fikir geliştirebilirler.
Yazarlar makalelerinde beş potansiyel hedef dünya (Dünya, Mars, Titan, Uranüs ve Neptün) için örnek olay incelemelerine baktılar. Daha sonra, yelkenin en yüksek sıcaklığı ile en yüksek basıncı arasındaki dengeyi optimize eden, genetik algoritma olarak bilinen yarı otonom bir algoritmaya yöneldiler. Bu iki özellikten birini en aza indiren fiziksel şekiller diğerini en üst düzeye çıkarma eğiliminde olduğundan, bu iki ölçümün birbirine zıt olduğunu buldular.
Basıncı en aza indirmek için yaprak şeklinde olmak en iyisidir (geniş yüzey alanı, ancak çok hafif); oysa sıcaklığı en aza indirmek için gülle şeklinde olmak en iyisidir; çok küçük, kalın ve yoğun, bu da genellikle yüksek termal atalet anlamına gelir; bu, bir malzemenin ne kadar genel ısı alabileceği anlamına gelir.
Çalışmalarının bir sonraki aşamasında, çalışmadaki çeşitli dünyaların atmosferine ve yörüngesine potansiyel uçuş yolları açtılar. Dünya çevresinde, malzemenin genel termal yüke en azından bir miktar yardımcı olabileceğini, tepe ısıtma oranını %20-25 oranında azaltabileceğini, ancak bu yalnızca yelkenin yeniden giriş sırasında fırlatılması durumunda mümkün olduğunu buldular. Mars, 3S fikrinin kullanılması için en iyi senaryoydu; çünkü yine bir fırlatma senaryosu sırasında, giren sondadaki ısınmanın %40’a kadar azaltılabileceği görüldü.
Ne yazık ki sonuçlar Titan, Uranüs ve Neptün için o kadar da iyi değildi. Gaz devlerinde, atmosferlerinde aerofrenleme için gereken giriş hızları çok yüksek olduğundan ve yakın gelecekte potansiyel olarak üretilebilecek her türlü uygun malzemeyi yakacağından, sistemi kullanmanın imkânsız olduğu ortaya çıktı. Titan’da 3S sistemi mümkün olabilir, ancak etkili olabilmesi için yelkende de faydalı yükteki kadar kütleye ihtiyaç duyulacaktır. Titan’a kütle ulaştırmanın başlı başına pahalı olduğu göz önüne alındığında, bu fikrin başarılı olması ya da inmesi pek mümkün görünmüyor.
Ancak fikir yalnızca Mars araştırmaları için geçerli olsa bile, NASA Ay’dan Mars’a doğru yoluna devam ederken gelecekteki birçok misyonun odak noktası bu olacak. Makalede gösterilen simülasyonların umut verici sonuçları göz önüne alındığında, planda herhangi bir aksaklık olup olmadığını görmek için 3S sisteminin bir prototipini geliştirmek için biraz para harcamak faydalı olabilir. Ancak uzay araştırma finansmanının mevcut durumu göz önüne alındığında, bunun için henüz bir süre beklemek gerekebilir.
