Ny teknik til design og fremstilling af varmeskærme under undersøgelse

En ny tilgang til design og fremstilling af varmebekæmpende termiske beskyttelsessystemer (TPS) til rumfartøjer udvikles og testes, giver løfte om at fremstille større flisestørrelser og samtidig reducere arbejdskraft, omkostninger og spild.

TPS, eller varmeskærme, danner rumfartøjets ydre overflade - kaldet aeroshell - og yder beskyttelse, når køretøjet styrter ned gennem planetarisk atmosfære. Denne teknologi er afgørende for at sikre missionens succes. På grund af de traditionelle TPS -materialer og det nyere rumfartøjs store størrelse, de seneste heatshield-designs har bestået af et stort antal størrelsesbegrænsede fliser, der installeres individuelt, nogle med belastningsisoleringslag og med mellemrum mellem fliser omhyggeligt udfyldt. Det er en byrdefuld og tidskrævende procedure.

Effektivisering af idé

Konforme ablatorer er en type fleksibel TPS. De danner en beskyttende barriere, der kan formes under forarbejdning, i form af et rumfartøj, hvilket gør det let at integrere. Disse barrierer spreder varme, når rumfartøjet kommer ind i atmosfæren.

En ny og strømlinet idé er at producere konforme ablatorer ved hjælp af lukket vakuuminfusionsbehandling. Konform TPS kan dannes i store segmenter og bindes direkte til en aeroshell uden et mellemliggende belastningslag mellem TPS -flisen og aeroshellstrukturen. Hvis du gør det, kan det reducere byrden på et rumfartøjs udviklingsplan, samling og budget.

Dette igangværende arbejde står i spidsen for Adam Sidor fra Georgia Institute of Technology, medlem af 2014 -klassen af ​​NASA Space Technology Research Fellows.

NASA Space Technology Research Fellowship (NSTRF) -programmet er finansieret af agenturets Space Technology Mission Directorate (STMD). Stipendierne giver studerende mulighed for at udføre opfindsomme, rumteknologisk forskning på deres respektive campusser og på NASA -centre og/eller på nonprofit amerikanske forsknings- og udviklingslaboratorier.

Sidor arbejder med specialister på NASA Ames Research Center, trække på deres ekspertise inden for konforme ablative materialer og den nuværende forarbejdningsmetode for disse materialer, der gør brug af støbning og nedsænkning - men en metode, der kan resultere i store mængder spildte harpikser og opløsningsmidler.

VIP -proces

"Disse konforme ablatorer forbedrer i forhold til tidligere ablative materialer, "Sidor siger, og er lettere at installere, reducere forarbejdning af affald og arbejdskraft til relativt lave omkostninger. "De løser mange vanskeligheder, der er forbundet med mere traditionelle ablator -materialer, "tilføjer han.

Vakuuminfusionsbehandling (VIP) blev valgt som en kandidatfremstillingsproces for konforme ablatorer. Lukket støbning anvender forseglet - frem for åbent værktøj - til at forbedre harpiksindtrængning og kontrollere flygtige forbindelser.

Proof-of-concept arbejde

VIP -tilgangen bruger vakuumtryk til at trække harpiks ind i et fibersubstrat. Lukkede støbeprocesser som VIP har været i brug i årevis inden for kompositindustrien. Men at ændre denne teknik og anvende den på konforme ablatorer er en ny applikation, Sidor forklarer. "Min VIP-forskning forbedrer den state-of-the-art med hensyn til at reducere spild og omkostninger. Det er en meget effektiv og let at implementere proces, " han siger.

Arbejder med TPS -eksperter på NASAs Ames Research Center, Sidor har demonstreret VIP -teknikken i lille skala. Næste, processen skaleres op for at producere større TPS -segmenter, han siger.

At bevis på konceptarbejde hos Ames på VIP -processen har givet opmuntrende resultater, Sidor noter. "Min plan er at skalere TPS -størrelsen og lave mere komplekse geometrier, der faktisk ligner ægte varmeskærmsfliser."

Automatiseret metode

Takket være hans NSTRF-finansierede indsats, Sidors undersøgelser hos Georgia Tech fokuserer også på beregningsarbejde for at udvikle en automatiseret metode til at designe konforme varmeskærme.

"At sætte denne metode i computerkode for at modellere en meget kompleks proces, så kan du slags spytte produktionsdesignet ud for faktisk at lave din varmeskærm, "Siger Sidor.

Sidor siger, at han håber, at arbejdet er generelt nok og bredt nok til at gælde for mange forskellige TPS -materialer og rummissioner. Han anser sin forskning for at blive anvendt på fremtidige Mars -landere, samt robot rumfartøjer, der dybt dykker ned i atmosfæren på Jupiters måne, Europa, såvel som dem, der undersøger Titan, en gådefuld Saturn -måne.

"Jeg elsker virkelig det eksperimentelle aspekt ved dette NSTRF-arbejde. Kandidatstuderende i mit område får ikke altid gjort dette. Jeg er så heldig at lave praktiske eksperimenter og gøre mine hænder beskidte. Så det er sjovt, "Slutter Sidor.