Создан новый тепловой экран для защиты многоразовых космических аппаратов
Исследователи из лаборатории Оук-Ридж (Oak Ridge National Laboratory) и компании Sierra Space разработали новую систему тепловой защиты на основе карбида кремния, или TPS, для многоразовых коммерческих космических аппаратов. TPS состоит из лицевой части плитки, изготовленной из современных материалов, и изоляционной подложки плитки, которая, будучи установленной на космическом аппарате, сможет выдерживать многократные запуски и чрезвычайно высокие температуры при возвращении в атмосферу в течение коротких промежутков времени.
Самым большим препятствием для безопасного возвращения космических аппаратов на Землю является атмосфера нашей планеты.
Наиболее распространенная форма теплозащиты, используемая сегодня, сделана из фенольного пластика (фенолформальдегидных смол). Впервые разработанные в 1950-х годах, она защищает возвращающиеся космические аппараты с помощью так называемого абляционного экранирования.
Защита справляется с теплом, вызванным столкновением корабля с атмосферой на большой скорости, путем испарения пластика и отвода тепла до того, как оно нанесет ущерб.
Технология работает, но только щит быстро разрушается, поэтому его можно использовать только один раз. Альтернатива этому была разработана для космических челноков НАСА, которые начали летать в 1980-х годах. Флот челноков использовал тепловой защитный экран, изготовленный из большого количества керамических кремниевых плиток. Они работали, поглощая тепло и очень медленно его выделяли.
К сожалению, у этих плиток были некоторые существенные недостатки. Более 24 000 плиток из кремнеземного волокна размером 15 на 15 см должны были быть нанесены на нижнюю поверхность шаттла. Каждую из них приходилось изготавливать вручную с использованием форм и нагревать их до 2350 °C. На практике эти плитки имели неприятную тенденцию отслаиваться и отваливаться. Они также были очень хрупкими.
Новые плитки, которые устанавливаются на орбитальном аппарате Dream Chaser компании Sierra Space, используют комбинацию карбида кремния и углеродных волокон, которые обеспечивают защиту, высокую прочность и стабильную динамику полета. Кроме того, новые технологии делают производство этих плиток гораздо менее трудоемким.
Результатом является тепловой экран, который переходит от 1980-х годов, когда НАСА производило пять запусков шаттла в год, к следующему поколению, которое может производить пять запусков в день. Он будет использоваться на Sierra Space Dream Chaser, первом в мире крылатом коммерческом космическом самолете, который предназначен для перевозки экипажа и грузов на низкую околоземную орбиту.
«Ключом к достижению частоты полетов, которая определяется быстрым временем от посадки до запуска, является возможность многократного использования TPS», — говорит главный исследователь ORNL Грег Ларсен (Greg Larsen). «Материалы, которые мы исследуем, позволят расширить границы возможностей многократного использования, что напрямую отразится на коммерческой целесообразности для поставщиков космических услуг».
Планируется, что Dream Chaser будет доставлять критически важные грузы и научные эксперименты на Международную космическую станцию и обратно в рамках контракта NASA Commercial Resupply Service.