Розумні матеріали дедалі частіше знаходять застосування у космічних технологіях — від розгортання антен на супутниках до гнучких конструкцій для планетарних роверів. Одна з нових ідей полягає у тому, щоб перетворювати сонячні вітрила, які зазвичай використовуються як рушійна система, на теплозахисний екран під час входу космічного апарата в атмосферу або при аерогальмуванні.
Концепцію, що отримала назву Shape Shifting Sailer (3S), розробили Джозеф Іварсон та Давіде Гуццетті з кафедри аерокосмічної інженерії університету Обрена (Auburn University). Її опис опубліковано в журналі Acta Astronautica.
Ідея 3S доволі проста: тонкий матеріал діє як сонячне вітрило під час польоту, а після прибуття до цілі змінює форму й орієнтацію, перетворюючись на щит, який створює опір і частково відбиває тепло. Це допомагає зменшити швидкість і теплове навантаження під час входу в атмосферу планети.
Зміна форми може здійснюватися завдяки сплавам із пам’яттю форми (SMA), що дозволяють скласти пласке вітрило у конусоподібну або щитову конструкцію. Такий підхід забезпечує пасивне гальмування апарата та частковий тепловий захист без необхідності використання важких теплозахисних екранів.
Перш ніж перейти до виготовлення прототипу, дослідники провели детальне моделювання у два етапи: дослідження проєктного простору та оцінку здійсненності. Вони розглядали, як зміна параметрів — ваги, площі, форми чи щільності — впливає на пікову температуру та тиск при вході в атмосферу.
У рамках дослідження було змодельовано сценарії для п’яти планет і супутників: Землі, Марса, Титана, Урана та Нептуна. Для оптимізації параметрів команда застосувала генетичний алгоритм, який шукав баланс між мінімальним нагріванням і мінімальним тиском на конструкцію.
Виявилося, що форми, які зменшують тиск, збільшують температуру, і навпаки. Для зменшення тиску найкраще підходить форма «листка» — велика й легка, тоді як для мінімізації температури — «ядро гармати» — щільна й масивна форма, що краще витримує тепло.
У результаті симуляцій найперспективнішим варіантом для технології 3S виявився Марс: під час сценарію з відділенням вітрила теплове навантаження можна зменшити до 40%. Для Землі ефект становив близько 20–25%, але також лише при відокремленні вітрила під час входу.
Для Титана, Урана та Нептуна система показала гірші результати: у газових гігантів швидкість входу занадто велика, а для Титана маса вітрила повинна бути співставною з масою самого апарата, що робить місію економічно невиправданою.
Попри це, навіть часткове застосування ідеї для майбутніх марсіанських місій виглядає перспективним. Якщо результати моделювання підтвердяться під час експериментів, система Shape Shifting Sailer може стати новим інструментом у дослідженні планет — компактним, адаптивним і ефективним рішенням для керування польотом у атмосфері.
