亚博网站下载航天飞机热防护系统使用的材料

图1航天飞机Atlantis从Kennedy空间中心2009年11月16日开普卡那维拉尔图片感想: Jose Antonio Perez/Stopterstock.com

有许许多多挑战 NASA设计航天飞机时必须克服可复用空间平面数度空间载送宇航员和有效载荷进入低地球轨道

返回地球并滑回地面航天局创建了航天飞机轨道员热防护系统,以抵挡再入高温

空间旅行背景

共搭建六件航天飞机,其中五件发射;Columbia, Challenger, Discovery, Atlantis, Endeavour. Enterprise第班车搭建并用于接近登陆测试-它没有轨道功能第一次飞行于1977年完成,当时企业号由波音747作为无动力滑翔机载运并进行了多项大气测试1981年航天飞机哥伦比亚令其母航入太空成功后快速相继Challenger, Discovery并亚特兰蒂斯1983年、1984年和1985年

图2航天飞机准备起飞图片感想:Alan Freed/Stock.com

进取式建自1986挑战者灾难看到固态火箭助推器中O环密封失效73秒飞行挑战者分治不遗余力2003年哥伦比亚e重入大气层时悬浮一块隔热泡沫在发射时破损并击中左翼,航天飞机热屏蔽失密并导致航天飞机分解

这两起事件后,这类空间旅行安全受到质疑,2011年7月21日,航天飞机亚特兰蒂斯上一次班车飞行完成后 其余三班机退伍

亚博网站下载热保护系统-材料

亚博网站下载所有轨道器都覆盖在TPS材料中,保护穿梭器不受回入热和在空间温度范围为-111-649摄氏度时经历冷温度的影响

亚博网站下载复杂数组组成TPS帮助宇航员和有效载荷安全飞行

鼻帽区间鼻帽起落机门、叉头起落机门外端和翼外边缘由加固碳复合生成复合能顶住高温并用于保护班轮上升超过1 260摄氏度的地区NASA使用硬硅砖/纤维绝缘

瓦片使用基础洛克希德导弹空间公司专利公开描述用陶瓷纤维制成的可复用绝缘瓦片,可用于回入时防高温可直接绑定轻质铝机体的可复用隔热系统对NASA非常有吸引力,因此TPS一代的重点转向使用瓦

高温可复用表层隔热和低温可复用表层隔热组成HRSI和LRSI的主要区别是表面涂层使用

HRSI瓦片上用黑二色玻璃涂层保护波波达1 260摄氏度LRSI瓦状上使用白涂层,该瓦状上具有维护轨温度所需的光学特性,供车辆热控用。LRSI覆盖区温度达649摄氏度

瓦片制造洛克希德导弹空间公司

中大都介于两种类型LI-900密度为144kg/m³LI2200密度为352kg/m³)在整个航天飞机编程中,NASA改进瓦片并持续提高他们对热条件的理解产生数大组成修改,提高瓦效率

图3亚博网站下载色码分解TPS中的材料
图像感想:wikimedia公共系统/NASA/Caltech

LI2200门渗透瓦最终代之以Fibrops耐用复合隔热这有助于降低航天飞机总重量除此以外,特别是在哥伦比亚灾难,NASA想降低 穿梭机易受轨道碎片破坏的脆弱性通过开发波音硬化隔热

如图3所示,大片穿梭器为coate NemexZelt可复用表层隔热空转区温度将低于371摄氏度,包括顶载荷海湾门、中流段和软机尾

曾有哥伦比亚运交美国航天局装配设施,那里的工程师开发出高级隔热材料,称为高级可弹性可复用表层隔热ARSIs综合裁剪织物缝合二白布层

ARSI提供耐用性的同时,还减少安装时间和航天飞机成本取代大多数LRSI系统还帮助减重亚特兰蒂斯并发现者中首轮使用完成后哥伦比亚第七项任务经修改并添加ARSI替换上端LRSI进取式搭建ARSI系统

strain隔离板和室温静态硅胶粘合器被用来联结瓦片松散隔离板连接瓦片前 内模衬变密这有助于均衡分配压力集中量跨网际隔离板接口气体使用填充器条阻塞插入瓦网内,而填充器条位于瓦对瓦空白下方空白填充器还用于高差分压力和极端声波感应

绑定面主要是铝体,但使用许多其他子块包括石墨环氧、和

亚博网站下载附加材料

航天飞机外壳上有些区域需要TPS无法完全提供的进一步保护。主要是TPS瓦片空白点,这些瓦片经历了差分压力,反应控制系统以及穿梭机窗中也有这些空白点。

热玻璃用于窗外以承受高压和高温,而工程师则混合黑白西里卡布用于充热填充实用渗透其中包括主机/鼻机门、反射机组侧舱门、RCS推送器、中流喷口门和有效载荷口门RCS博览会由Inconel

加固碳-carbon

环鼻翼前端,航天飞机将经历极高温度(>1,260摄氏度)。因此,需要先进并容得下从发射到再入环境千差万别的材料。

与NASA工程师Vought公司达拉斯 得克萨斯 开发RCC复合素材RCC首先通过固化预浸入式石墨织物热解后 石墨织物粗糙裁剪后 聚合树脂转换成碳高密度高温解析,提高机械性能

由于碳化学性质,需要用硅碳涂层防止碳基子氧化氧化性能会不利地影响基底的机械性能,而且由于总线常需在一个高难度环境中多次执行,所以必须防止发生这种情况。硅碳化涂层通过转换(传播涂层)产生碳-碳材料最外层产生,结果增强涂层对基间强度

图4RCC前端面板漏洞测试结果 航天飞机哥伦比亚灾难调查聚氨酯泡沫用在850千米/小时对翼撞击图像感知维基媒体公共文件/哥伦比亚事故调查委员会

生成硅化碳涂层所需温度高至螺旋裂变出涂层中因涂层和基底间热扩展系数差而冷却到室温这一问题可以通过浸透碳基四乙正单片并使用刷加密封剂提供防护以避免氧攻击裂缝中暴露碳来缓解

真空浸入式四乙正单片应用到基底中,这也帮助填充剩余孔度四乙正单片处理时,内含孔墙涂有二元硅抑制氧化硅酸钠密封液刷入RCC表面,填充卡片裂口并形成玻璃高温时,这些裂缝关闭,密封剂流入表层,但由于拥有高粘度,密封剂留守部分,当碳冷却时,密封剂组成玻璃重新填充卡片裂口

RCC使用是因为它有能力通过外部辐射和交叉辐射拒绝热量其结果,热从下层面交叉辐射到物层上层冷一点,从而降低温度。

修改和事件退休

整个程序NASA小小修改 穿梭机设计 使其更加安全高效其中包括哥伦比亚灾难后对RCC的修改,当时航天飞机外部坦克的一块隔热材料坠入机翼,造成损坏,导致重入时高温拆开穿梭机设计规范原不考虑对RCC材料的破坏作用,因此RCC易发生这类碰撞

NASA工程师从这一事件中吸取了重大教益大片碎片可从ET解放并击败RCC材料微小修改ET以确保大碎片不易取出,然而小碎片仍可流出

开发临界损耗标准使用检验数据亚博网站下载开始在一个大 Arc喷气机设施测试RCC材料,该机能近距离模拟化学条件和再入温度条件这使NASA能够验证新开发热数学模型并设定损坏标准

图5航天飞机Atlantis登陆肯尼迪空间中心后返回轨道处理设施,2011年7月21日完成航天飞机方案最后飞行图像感想:wikimedia公共/NASA

NASA使用44个传感器横跨航天飞机向机上宇航员提供实时数据数据也可以传送给地面工程师监听升空期间遭受的任何损害

除航天飞机哥伦比亚(2003年)公平地说,航天飞机上的TPS有效安全亚博网站下载高级涂层和材料开发使航天飞机程序能有效运行30年工程师持续改进和修改TPS,每次飞行后都收集经验,提高安全性并减肥程序

整体缺乏资金导致美国航天局航天飞机编程和亚特兰蒂斯上个航班于2011年7月21日完成布什总统2004年命令到2010年终止,最终推回2011年

上报费用为每班车任务15亿美元 俄罗斯空间局提供航班联盟美国航天局每名宇航员6 300万美元似乎是继续带宇航员到国际空间站的交换条件

2014年NASA宣布波音市并空间X获授合同接管能够载送宇航员进入低地球轨道的美国空间系统楼程序可能结束,但其遗留问题继续存在

源码并深入阅读

• 亚博网站下载热保护系统材料-NASA
• 亚博网站下载航天飞机热保护系统-材料设计研究
• 热保护系统-NASA

文章更新到13^线程June2019