Национальная лаборатория Оук-Ридж и корпорация Sierra Space разработали новый тепловой экран на основе почтенной технологии Space Shuttle 1980-х годов для защиты многоразовых космических аппаратов следующего поколения от смертоносного тепла при входе в атмосферу.
Самым большим препятствием для безопасного возвращения космических аппаратов на Землю является наша собственная атмосфера. Так же, как воздушная оболочка вокруг нашей планеты защищает нас от космических лучей и метеоров, которые постоянно падают на нас, она также сжигает спутники, чьи орбиты изменились, — если они не были оснащены специальной защитой.
Наиболее распространенная форма теплозащиты, используемая сегодня, сделана из фенольного пластика. Впервые разработанные в 1950-х годах, они защищают возвращающиеся космические аппараты с помощью так называемого абляционного экранирования. Оно справляется с теплом, вызванным столкновением корабля с атмосферой на ультразвуковой скорости, путем испарения пластика и отвода тепла до того, как оно причинит ущерб.
Он работает, но только разрушая щит, поэтому его можно использовать только один раз и с очень ограниченным сроком службы. Альтернатива этому была разработана для космического челнока НАСА, который начал летать в 1980-х годах. Флот челноков использовал тепловой щит, изготовленный из большого количества керамических карбидкремниевых плиток. Они работали, поглощая тепло и очень медленно его выделяя. Фактически, он выделял его так медленно, что даже когда он был раскаленным добела, вы могли безопасно поднять одну из плиток, если вы делали это за острые края.
К сожалению, у этих плиток были некоторые существенные недостатки. Более 24 000 плиток из кремниевых волокон размером шесть на шесть дюймов (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 (4262 °F). 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 производства делают эти плитки гораздо менее трудоемкими в производстве. Результатом является тепловой экран, который переходит от 1980-х годов, когда НАСА производило пять запусков Шаттла в год, к следующему поколению, которое могло производить пять запусков в день. Его собираются использовать на Sierra Space Dream Chaser, первом в мире крылатом коммерческом космоплане, предназначенном для доставки экипажа и грузов на низкую околоземную орбиту.
«Ключом к достижению частоты полета, обусловленной быстрым временем посадки-запуска, является возможность повторного использования TPS», — сказал главный исследователь ORNL Грег Ларсен. «Материалы, которые мы изучаем, расширят границы возможности повторного использования, что напрямую приведет к коммерческой жизнеспособности для поставщиков доступа в космос».
