Specialiserede væveteknikker muliggør et nyt varmeskjold til planetarisk udforskning

Da Galileo-missionens sonde trådte ind i den jovianske atmosfære i december 1995, den oplevede temperaturer dobbelt så varme som solens overflade, og krævede kulstoffenolskjolde for at beskytte dens indbyggede nyttelast mod den intense varme. Siden den mission, NASA har ikke fløjet et rumfartøj, der krævede beskyttelse mod så ekstrem varme. For nylig, imidlertid, NRC Planetary Science Decadal Survey har anbefalet, at NASA betragter in situ videnskabelige missioner til Venus og Saturn som en høj prioritet i New Frontiers konkurrerede missionssæt. For at nå overfladen af ​​disse planeter, missioner vil kræve varmeskjolde, der er i stand til at modstå meget ekstreme indstigningsmiljøer, men er ikke så tunge som de tidligere brugte kulfenoliske varmeskjolde.

For at imødekomme dette behov, NASA og dets industripartnere er ved at udvikle en innovativ måde at designe og fremstille en familie af ablative termiske beskyttelsessystem (TPS) materialer ved hjælp af kommercielt tilgængelig væveteknologi. Denne nye tilgang - kaldet Heat-shield for Extreme Entry Environment Technology (HEEET) - udnytter den måde, tredimensionel (3-D) vævning bruges til at fremstille flydele lavet af kulstofkompositmaterialer. For at fremstille TPS-materialer med de ønskede egenskaber, fibre med forskellige sammensætninger og variable garndensiteter placeres nøjagtigt i en 3D-struktur. Tredimensionel vævning udvider den traditionelle todimensionelle (2-D) vævning ved at forbinde vævet materiale i den tredje retning, muliggør fremstilling af materialer, der er mere robuste over for indgangsmiljøet end traditionelle 2D-vævede materialer. Panelerne infunderes derefter med harpiks og hærdes for at låse fibrene på plads. Ved hjælp af avanceret modellering, design, og fremstillingsværktøjer til at optimere vævningen til overordnet forbedret ydeevne, HEEET-projektet har fremstillet en ny familie af TPS-materialer og testet dem for en lang række forskellige indgangsforhold.

Afhængigt af missionens design, peak varmeflux under indsejling kan nå omkring 10, 000 W/cm ² for både Venus og Saturn, og spidstrykket kan variere op til omkring 1, 000 kPa. HEEET er i øjeblikket ved at blive designet til at modstå disse forhold og samtidig levere masseeffektivitet, der er langt overlegen i forhold til det arvelige kulstofphenolmateriale, der bruges til TPS i ældre missioner. Ud over at yde termisk beskyttelse, 3D-vævningen øger også TPS-materialets mekaniske robusthed.

HEEET-teamet støtter i øjeblikket flere New Frontier-forslag i forventning om en New Frontiers-meddelelse om muligheder i slutningen af ​​2016. Planerne kræver, at HEEET-projektet modnes og leverer teknologi til infusion i udvalgte missioner længe før Key Decision Point B—beslutningen port, der fører til den periode i missionens livscyklus, hvor et projekt begynder foreløbigt design og fuldfører den nødvendige teknologiudvikling. I 2015, HEEET-milepæle omfattede demonstration af evnen til at danne og infundere en repræsentativ areal HEEET-flise, den sfæriske næsehætte. Ud over, projektet gennemførte med succes en lysbuejet-testserie for at understøtte udvikling af materialeresponsmodeller og til støtte for sømdesignet. Denne test gjorde det muligt for projektet at forfine sin materialeresponsmodel til støtte for TPS-dimensionering og at indsnævre sømdesignhandelsområdet.