Osłony termiczne kapsuły Orion

0

Inżynierowie rozpoczęli wytwarzanie płytek stanowiących część systemu kontroli termicznej kapsuły MPCV Orion. Zostaną one użyte w nadchodzącym teście prototypu kapsuły, przy jej wejściu w atmosferę.

Płytki nie będą stworzone z całkiem nowych materiałów. Technicy z NASA skorzystali ze starych, usprawnionych rozwiązań. Boki i wierzchołek stożkowatej kapsuły chronić będą płytki AETB-8 (Alumina Enhanced Thermal Barrier) pokryte warstwą materiału TUFI (Toughened Uni-Piece Fibrous Insulation). Identyczne osłony stosowano w wahadłowcach, chroniąc ich spodnią część.

Materiał TUFI, będący laminatem ceramicznym chroniącym AETB-8, charakteryzuje się wieloma zaletami:

  • zapewnia ochronę w temperaturach powyżej 1260 stopni Celsjusza,
  • jego porowatość sprawia, że jest lekki,
  • istnieje możliwość wytwarzania wielu kształtów podczas procesu produkcji,
  • obrabialny, można w nim wiercić, szlifować, ciąć, co pozwala na łączenie w różne formy,
  • wodoodporny, porowatość chroni przed wodą, jest łatwo impregnowalny,
  • doskonałą izolacją termiczną i akustyczną,
  • możliwością kształtowania właściwości mechanicznych: gęstości, grubości, kształtu, wytrzymałości, tekstury porowatości powierzchni.

AETB-8, ukryte pod warstwą TUFI, cechuje stosunkowo wysoka udarność (zapewniają ochronę przed mikrometeoroidami. Ze względu na porowatość nie następuje propagacja pęknięć). Bardzo słabo przewodzą ciepło i stanowią doskonałą ochronę dla astronautów zamkniętych w kabinie kapsuły.

Systemy ochrony cieplnej na bokach i wierzchołku Oriona to nie wszystko, ponieważ najważniejszą powierzchnią jest spód kapsuły. Dolna część rozgrzewa się najbardziej, dlatego chroniona jest dodatkową cieplną osłoną (podobne tarcze znajdowały się we wszystkich innych lądownikach, nie tylko ziemskich ale także marsjańskich chroniących na przykład łaziki). Zbudowana ona będzie w systemie Avcoat, wcześniej zastosowanym w trakcie misji Apollo (tarcza chroniąca kapsuły przed gorącem) oraz w wybranych obszarach kadłuba wahadłowców.

Avcoat wykonany jest w włókien krzemionkowych (szkła wodnego) zatopionych w epoksydowo-nowolakowej żywicy. Całość umieszczona jest wewnątrz osłony z włókna szklanego o strukturze plastrów miodu. Ten kompozyt na bieżąco nanoszony jest na osłonę termiczną, która chronić będzie kapsułę MPCV Orion.

Choć opierał się na wcześniejszej koncepcji, oprócz podstawowej zalety takiej sytuacji – znajomości zachowania się kompozytu w trakcie tarcia atmosferycznego – inżynierowie (i księgowi) musieli wziąć pod uwagę pewne problemy. Część materiałów tworzących Avcoat oraz jego linia produkcyjna były współcześnie niedostępne, należało ponownie rozpocząć fazę wytwórczą. Jednakże “niedogodności” już zażegnano, a specjalna tarcza jest w fazie produkcji.

Osłona cieplna na spodzie kapsuły ma specjalną, warstwową konstrukcję. Jej „zadaniem” jest całkowite spłonięcie w atmosferze, żeby odprowadzić całe ciepło tarcia w powietrze (zamiast przenosić je na kapsułę).

Porównując układy ochrony termicznej wahadłowców i kapsuł MPCV Orion, warto zwrócić uwagę na liczby. Na pokrycie kapsuły wymagane jest około 1300 kwadratowych płytek o bokach długości 20,3 cm (łączna powierzchnia pokrycia wynosi 26 390 centymetrów kwadratowych). Jeden wahadłowiec wymagał pokrycia 23. tysiącami płytek o wymiarach 15,2 na 15,2 centymetra. Olbrzymia różnica w ilości materiału pokrywającego kadłub wahadłowca staje się mniej dostrzegalna, kiedy uwzględnimy straty w płytkach po misji. Wahadłowce traciły ok. 150 płytek. Kapsuła Orion “zgubi” wszystkie. Spowodowane to jest innym kątem natarcia kapsuły i jej większą prędkością oraz wodowaniem, w trakcie którego powłoka chroniąca płytki zostanie uszkodzona (w kontakcie z wodą).

Aktualnie wyprodukowano już kilkadziesiąt płytek do prototypu kapsuły MPCV Orion. W zadaniu bierze udział 40 osób, z czego 20 obrabia materiał, a pozostałe 20 instaluje gotowy produkt na pojeździe. W trakcie lotu próbnego, na niektórych z płytek znajdą się zespoły czujników mających na celu monitorować zmiany warunków wraz z opadaniem i miejsca szczególnie narażone na przegrzanie.

Źródło: NASA

Share.

Comments are closed.