يعد الهبوط على أي كوكب أو قمر أخطر مراحل الرحلات الفضائية وأهمها، حيث تتعرض المركبات الفضائية لحرارة هائلة ناجمة عن الاحتكاك مع جزيئات الغلاف الجوي، ومن أجل فهم كيفية حماية المركبات وضمان سلامتها، يجري العلماء تجارب على الدروع الحرارية للمركبات الفضائية لدراسة سلوكها عند دخول أجواء مختلفة، كما هو حال بعثة الطائرة المروحية "دراغونفلاي" (Dragonfly) المخطط إطلاقها إلى قمر زحل العملاق تايتان بعد سنتين.

فقد قام فريق من الباحثين بقيادة البروفيسور "فرانشيسكو بانيراي" من جامعة "إلينوي أوربانا-شامبين" بمحاكاة دخول المركبات الفضائية إلى الغلاف الجوي للقمر تايتان باستخدام تقنية "نفق الرياح" (Plasmatron X)، وأظهرت التجارب أن الدروع الحرارية "تتنفس" عند دخول الغلاف الجوي؛ أي أن الطبقة الخارجية تبدأ بالاحتراق والانحلال في عملية تعرف باسم الإزالة (Ablation).

فعند وجود الأكسجين في الغلاف الجوي، تكون هذه العملية مستقرة، إذ تتآكل المادة بشكل منتظم وتطرَح الجسيمات بشكل مستمر. أما عند إزالة الأكسجين، تتحول العملية إلى انفجارات متقطعة للجسيمات، وقد تصبح عنيفة أحيانا، وهو سلوك لم يلاحظه الباحثون من قبل خلال أكثر من 15 سنة من الدراسات.

هذه النتائج تقدم فهما جديدا لسلوك المواد عند درجات الحرارة القصوى، وتتيح للعلماء تصميم دروع حرارية أفضل وأكثر أمانا لمركبات البعثات المستقبلية، وخاصة بعثة الطائرة المروحية "دراغونفلاي" المخطط إطلاقها عام 2028 إلى تايتان.

ستدرس بعثة "دراغونفلاي" سطح تايتان بمروحيتها، بما في ذلك البحيرات والأنهار الهيدروكربونية، للبحث عن جزيئات عضوية قد تكون مقدمة للحياة، إذ ستتحرك المركبة عبر مناطق مختلفة من السطح، مما يسمح بدراسة التغيرات الجوية والسطحية على مدى زمن أطول من البيانات السابقة.

ولأن الغلاف الجوي لتايتان كثيف ومكوّن أساسا من 95% نيتروجين و5% ميثان، فهو مختلف تماما عن غلاف الأرض، وهذا الاختلاف يجعل دراسة سلوك الدروع الحرارية في هذه البيئة أمرا ضروريا لضمان أمان المركبة أثناء دخول الغلاف الجوي بسرعات عالية.