Nový tepelný štít na ochranu znovupoužitelných kosmických lodí nové generace během návratu

Oak Ridge National Laboratory a Sierra Space Corporation vyvinuly nový tepelný štít založený na úctyhodné technologii raketoplánů z 80. let 20. století, aby chránil příští generaci opakovaně použitelných kosmických lodí před smrtícím žárem při návratu.

Největší překážkou pro bezpečný návrat kosmických lodí na Zemi je naše vlastní atmosféra. Stejně jako nás vzduchová skořápka kolem naší planety chrání před kosmickým zářením a meteory, které na nás neustále prší, spaluje i satelity, jejichž oběžné dráhy se rozpadly – ​​pokud nebyly vybaveny speciální ochranou.

Nejběžnější forma tepelného štítu, která se dnes používá, je vyrobena z fenolového plastu. Ty byly poprvé vyvinuty v 50. letech 20. století a chrání vracející se kosmické lodě tím, co se nazývá ablativní stínění. To se zabývá teplem způsobeným plavidlem narážejícím do atmosféry ultrazvukovou rychlostí odpařováním plastu a odváděním tepla pryč, než způsobí poškození.

Funguje, ale pouze zničením štítu, takže jej lze použít pouze jednou a s velmi omezenou životností. Alternativa k tomu byla vyvinuta pro raketoplán NASA, který začal létat v 80. letech. Flotila raketoplánů používala tepelný štít vyrobený z obrovského množství keramických dlaždic z karbidu křemíku. Ty fungovaly tak, že absorbovaly teplo a velmi pomalu ho uvolňovaly. Ve skutečnosti ji uvolňoval tak pomalu, že i když byla rozžhavená do běla, mohli jste bezpečně zvednout jednu z dlaždic, pokud jste to udělali za ostré hrany.

Bohužel tyto dlaždice měly některé zásadní nevýhody. Na spodní povrch raketoplánu muselo být aplikováno více než 24 000 křemičitých vláken o rozměrech 15 x 15 cm. Každý z nich musel být vyroben ručně pomocí forem a zahřátím na 2 350 ° C (4 262 ° F). V praxi měly tyto dlaždice nepříjemnou tendenci se uvolnit a spadnout. Byly také velmi křehké a když jejich šíření bylo poškozeno padající izolací při startu raketoplánu Columbia v roce 2003, mělo to za následek úplnou ztrátu plavidla, když nechráněný okraj křídla zasáhl atmosféru.

Nové dlaždice, které jsou instalovány na orbiteru Dream Chaser společnosti Sierra Space, využívají kombinaci karbidu křemíku a uhlíkových vláken, které poskytují ochranu, vysokou pevnost a stabilní dynamiku letu. Navíc díky novým výrobním technikám je výroba těchto dlaždic mnohem méně pracná. Výsledkem je tepelný štít, který přechází z 80. let 20. století, kdy NASA provedla pět startů raketoplánu ročně, k další generaci, která mohla zaznamenat pět startů za den. Má být použit na Sierra Space Dream Chaser, vůbec prvním okřídleném komerčním kosmickém letadle, které je navrženo k přepravě posádky a nákladu na nízkou oběžnou dráhu Země.

„Klíčem k dosažení letové kadence, která je řízena rychlými časy obratu z přistání na start, je opětovná použitelnost TPS,“ řekl hlavní řešitel ORNL Greg Larsen. „Materiály, které zkoumáme, posunou hranice opětovné použitelnosti, která se přímo promítne do komerční životaschopnosti poskytovatelů přístupu do vesmíru.“

Zdroj: ORNL