Tar värmen! Inträde, nedstigning och landning nyttolast på atmosfäriska kroppar kräver speciella material. En ny teknik som studeras för att tillverka och tillämpa TPS -plattor (Thermal Protection System) kan spara pengar och minska rymdfarkostens schema, och monteringstid. Kredit:Joe Brock, NASA Ames Research Center
Ett nytt tillvägagångssätt för att designa och tillverka värmeförhindrande värmeskyddssystem (TPS) för rymdfarkoster utvecklas och testas, erbjuder löftet att tillverka större kakelstorlekar samtidigt som arbetskraften minskar, kostnad och slöseri.
TPS, eller värmesköldar, bildar den yttre ytan av rymdskepp – kallad aeroskal – och ger skydd när fordonet störtar genom planetariska atmosfärer. Denna teknik är avgörande för att säkerställa uppdragens framgång. På grund av naturen hos konventionella TPS -material och den nya rymdfarkostens stora storlek, de senaste värmeskölddesignerna har bestått av ett stort antal storleksbegränsade plattor som installeras individuellt, några med töjningsisoleringslager och med mellanrum mellan brickorna noggrant fyllda. Det är ett betungande och tidskrävande förfarande.
Effektiviseringsidé
Konforma ablatorer är en typ av flexibel TPS. De bildar en skyddande barriär som kan formas under bearbetning, i form av en rymdfarkost, vilket gör det enkelt att integrera. Dessa barriärer sprider värme när rymdfarkosten kommer in i atmosfären.
En ny och effektiviserad idé är att tillverka konforma ablatorer genom sluten vakuuminfusionsbehandling. Konforma TPS kan formas i stora segment och direkt bindas till ett aeroskal utan ett mellanliggande töjningsskikt mellan TPS-plattan och aeroshellstrukturen. Om du gör det har potentialen att minska bördan på ett rymdskepps utvecklingsschema, montering och budget.
Detta pågående arbete leds av Adam Sidor från Georgia Institute of Technology, en medlem av 2014 års klass av NASA Space Technology Research Fellows.
NASA Space Technology Research Fellowship (NSTRF) -programmet finansieras av byråns Space Technology Mission Directorate (STMD). Stipendierna tillåter studenter att utföra uppfinningsrika, rymdteknologisk forskning vid sina respektive campus och vid NASA-centra och/eller vid ideella amerikanska forsknings- och utvecklingslaboratorier.
En ny metod för att applicera värmemotverkande plattor på rymdfarkoster använder sig av en vakuuminfusionsmetod. Kredit:Adam Sidor
Sidor arbetar med specialister på NASA Ames Research Center, att dra nytta av sin expertis inom konforma ablativa material och den nuvarande bearbetningsmetoden för dessa material som använder formning och nedsänkning – men en metod som kan resultera i stora mängder bortkastade hartser och lösningsmedel.
VIP-process
"Dessa konforma ablatorer förbättrar tidigare ablativa material, "Sidor säger, och är lättare att installera, minska bearbetningsavfall och arbetskraft till relativt låga kostnader. "De tar upp många svårigheter som finns i mer traditionella ablatormaterial, " han lägger till.
Vakuuminfusionsbehandling (VIP) valdes som en kandidatframställningsprocess för konforma ablatorer. Sluten formning använder förseglade - snarare än öppna verktyg - för att förbättra hartspenetreringen och kontrollera flyktiga föreningar.
Proof-of-concept arbete
VIP-metoden använder vakuumtryck för att dra in harts i ett fibersubstrat. Stängda formprocesser som VIP har använts i åratal inom kompositindustrin. Men att modifiera denna teknik och tillämpa den för konforma ablatorer är en ny tillämpning, Sidor förklarar. "Min VIP-forskning förbättrar den senaste tekniken när det gäller att minska avfall och kostnader. Det är en mycket effektiv och lätt att implementera process, " han säger.
Arbetar med TPS-experter vid NASA:s Ames Research Center, Sidor har demonstrerat VIP-tekniken i liten skala. Nästa, processen kommer att skalas upp för att producera större TPS-segment, han säger.
Diagrammet visar experimentell uppställning av vakuuminfusionsbehandling (VIP). Upphovsman:Adam Sidor
Att bevis på konceptarbete hos Ames på VIP -processen har gett uppmuntrande resultat, Sidor anteckningar. "Min plan är att skala upp TPS -storleken och göra mer komplexa geometrier som faktiskt är som riktiga värmesköldplattor."
Automatiserad metodik
Tack vare hans NSTRF-finansierade insats, Sidors undersökningar vid Georgia Tech är också inriktade på beräkningsarbete för att utveckla en automatiserad metod för att designa konforma värmesköldar.
"Att sätta in den metoden i datorkod för att modellera en mycket komplex process, då kan du liksom spotta ut tillverkningsdesignen för att faktiskt göra din värmesköld, säger Sidor.
Sidor säger att han hoppas att arbetet är tillräckligt generellt och tillräckligt brett för att gälla en mängd olika TPS-material och rymduppdrag. Han anser att hans forskning tillämpas på framtida Mars -landare, såväl som robotrymdfarkoster som djupdyker in i atmosfären på Jupiters måne, Europa, liksom de som undersöker Titan, en gåtfull måne av Saturnus.
"Jag älskar verkligen den experimentella aspekten av detta NSTRF-arbete. Doktorander i mitt område får inte alltid göra det här. Jag har turen att göra praktiska experiment och få smutsiga händerna. Så det är kul, "Avslutar Sidor.
