Det 3-dimensionella multifunktionella ablativa termiska skyddssystemet (3D-MAT) är ett termiskt skyddsmaterial utvecklat som en kritisk komponent i Orion, NASA:s nyaste rymdfarkost byggd för mänskliga rymduppdrag. Den kan upprätthålla en hög styrka samtidigt som den uthärdar extrema temperaturer under återinträde i jordens atmosfär i slutet av Artemis-uppdrag till månen.
3D-MAT har blivit en viktig del av tekniken för NASA:s Artemis-kampanj som kommer att lägga grunden för långsiktiga vetenskapliga utforskningar på månen och förbereda för mänskliga expeditioner till Mars, till gagn för alla.
3D-MAT-projektet uppstod från ett tekniskt problem i tidiga konstruktioner av Orion-rymdfarkosten. Kompressionsplattan – anslutningsgränssnittet mellan besättningsmodulen, där astronauterna bor, och servicemodulen som bär kraft, framdrivning, förnödenheter och mer – uppvisade problem under Orions första testflygning, Exploration Flight Test-1, 2014.
NASA-ingenjörer insåg att de behövde hitta ett nytt material för kompressionsdynan som kunde hålla ihop dessa olika komponenter i Orion samtidigt som de tål de extremt höga temperaturerna vid återinträde i atmosfären. Att använda en 3D-väv för NASA värmesköldmaterial hade utforskats, men efter att behovet av ett nytt material för kompressionsdynan upptäcktes eskalerade utvecklingen snabbt.
Detta ledde till utvecklingen av 3D-MAT, ett material vävt med kvartsgarn och cyanatesterharts i en unik tredimensionell design. Kvartsgarnet som används är som en mer avancerad version av glasfiberisoleringen du kan ha på vinden, och hartset är i huvudsak ett högteknologiskt lim. Dessa hyllplan för flyg- och rymdmaterial valdes för deras förmåga att behålla sin styrka och hålla värmen ute vid extremt höga temperaturer.
3D-MAT vävs samman med en specialiserad vävstol, som packar garnerna tätt ihop, och injiceras sedan med harts med en unik tryckprocess. Resultatet är ett högpresterande material som är extremt effektivt för att bibehålla styrkan när det är varmt, samtidigt som det isolerar värmen från rymdfarkosten det skyddar.
Inom tre år gick 3D-MAT från ett tidigt koncept till ett välutvecklat material och har nu integrerats i NASA:s flaggskepp Artemis-kampanj. Användningen av 3D-MAT i Orion-rymdfarkostens kompressionsplatta under det framgångsrika Artemis I-uppdraget visade materialets väsentliga roll för NASA:s mänskliga rymdfärdsansträngningar.
Denna utveckling möjliggjordes inom så kort tid på grund av teamets samarbete med småföretag, inklusive Bally Ribbon Mills, som utvecklade vävprocessen, och San Diego Composites, som tillsammans med NASA utvecklade hartsinfusionsproceduren.
Teamet bakom dess utveckling vann utmärkelsen NASA Invention of the Year, en prestigefylld ära som erkänner hur viktigt 3D-MAT var för den framgångsrika Artemis-flygningen och hur betydelsefull den är för NASA:s framtida Artemis-uppdrag. Det erkända uppfinnarteamet inkluderar Jay Feldman och Ethiraj Venkatapathy från NASA:s Ames Research Center i Kaliforniens Silicon Valley, Curt Wilkinson från Bally Ribbon Mills och Ken Mercer från Dynovas.
3D-MAT har applikationer utöver NASA också. Materialbearbetningsförmåga som möjliggörs av 3D-MAT har lett till andra produkter som strukturella delar för Formel 1-racerbilar och raketmotorhöljen. Flera potentiella användningsområden för 3D-MAT i kommersiella flygfarkoster och försvar utvärderas baserat på dess egenskaper och prestanda.
Tillhandahålls av NASA
