Orbiter termică SISTEMUL DE PROTECŢIE

NASA does not have any involvement in the project

Anterior nave spaţiale cu echipaj, cum ar fi Mercur, Gemenii şi Apollo, nu au fost urmate balistice manevrabil si re-intrare traiectorii, paraşutism la o aterizare apos în ocean. Capsulele spaţiale au fost protejate în timpul re-intrare prin vărsarea straturi de un scut grele, căldură rasinoase printr-un proces numit ablatie. Nave spaţiale nu au fost reutilizabile. 

Pentru Space Shuttle Orbiter, un alt fel de sistem de protecţie termică a fost nevoie. Cu o viaţă de design de aproximativ 100 de misiuni, acest vehicul revolutionar nou spatiu necesar un sistem uşor, reutilizabile Protectia termica compus din materiale complet noi.

NASA a selectat patru materiale de bază pentru design original, utilizate pe Columbia, Orbiter primul operaţionale. Fiecare a fost conceput pentru a izola de aluminiu Orbiter şi / sau a pielii epoxi grafit impotriva unei game largi de temperaturi extreme, inclusiv un minim de minus 250 de grade F. materiale de bază au fost consolidate carbon-carbon, placi low-şi temperaturi ridicate reutilizabile de izolaţie de suprafaţă, şi a simţit pături refolosibile suprafaţă de izolaţie.

Îmbunătăţiri ulterioare de proiectare a inclus utilizarea de materiale avansate în anumite domenii. Aceste materiale sunt pătura flexibile de izolare şi de izolare fibroase refractare compozit.

Există aproximativ 24,300 gresie şi 2300 pătura flexibil de izolaţie la exterior, de fiecare Orbiter.

Con Orbiter nasul, inclusiv panoul de bărbie, iar marginea de sus a aripilor sale sunt cele mai fierbinţi zone în timpul re-intrare. Când maximă de încălzire se produce aproximativ 20 de minute înainte de aterizare, temperaturile de pe aceste suprafeţe ajunge la fel de mare ca 3000 de grade F.

Armat carbon-carbon (CRC) este un gri deschis, toate-carbon compozit. CRC, împreună cu Inconel folie (de metal) izolatorii şi pături cuarţ, de a proteja Orbiter nasul, bărbia, şi marginile aripa de conducere de la cele mai ridicate temperaturi de aşteptat şi de forţele aerodinamice. De asemenea, este utilizat în zona de săgeată de la secţiunea de a transmite Orbiter în cazul în care rezervorul extern este ataşat. CRC este utilizat aici pentru protecţia şoc în timpul separării pirotehnice din rezervor extern de la Orbiter.

Fabricarea de CRC începe cu o cârpă grafit, care este saturat cu o răşină specială. Straturile de pânză sunt apoi laminate şi vindecat, după care acestea sunt tratate termic pentru a converti în răşină de carbon.

După prelucrarea ulterioară, materialul este tratat cu un amestec de alumină, siliciu şi carbură de siliciu pentru a da un cenuşiu, oxidare-strat rezistent, şi apoi încălzite într-un cuptor. PAC Orbiter nasul este fabricat ca o singură bucată în timp ce fiecare din aripi a 22 panouri separate pentru CRC şi T-sigiliilor de pe marginea conducătoare. Fiecare panou este aplicată pe piele Orbiter de către echipament mecanic.

Aproximativ 70 la sută din suprafaţa externă un Orbiter este protejat de căldură de către o reţea de peste 24.000 de piese format dintr-un compus fibra de siliciu. Mai multe materiale avansate cum ar fi pături izolatoare flexibile au înlocuit placi ceramice pe unele ale suprafeţelor de sus a Orbiter.

Gresie-cunoscut filmate negru ca la temperaturi ridicate de izolaţie de suprafaţă refolosibile (HRSI)-acoperă suprafaţa inferioară a Orbiter, zonele din jurul ferestrelor transmite, clapa partea superioară a corpului, scut termic de bază, "globii oculari" pe partea din faţă a Manevrarea Orbital sistem (OMS) păstăi, iar marginile de conducere şi la final de stabilizatorul vertical şi frâna viteza cârmei. Dale negre sunt situate în cazul în care temperaturile pot ajunge la fel de mare ca 2300 de grade F.

Gresie-cunoscut filmate alb, aşa cum la temperaturi scăzute de izolaţie de suprafaţă refolosibile (LRSI)-sunt proiectate pentru a izola nava spatiala de la temperaturi de până la 1.200 de grade F. dale LRSI au fost iniţial utilizată pe larg, dar care acum sunt înlocuite în majoritatea domeniilor de către pătura de izolaţie flexibilă. LRSI este inca folosit pe suprafaţa superioară a fuzelajului transmite deasupra ferestrelor şi a echipajului de pe unele părţi ale păstăi OMS.

Placi variază în dimensiune, grosime si densitate. Dale HRSI sunt, în general, 6 cm patrati; grosime variază de 1 la 5 cm. Ei vin în diferite densitati: 9 - şi 22-lire-pe-picior-cubi dale. Dale LRSI sunt mai mari şi mai subţiri, în general, 8 cm patrati si 0.2 - 1 inch grosime. Gresie LRSI veni în 9 - şi 12-lire-pe-picior-cubi densităţi.

Proprietatile termice ale placilor sunt dependente de puritatea lor foarte mare. Fabricarea de ambele tipuri de placi începe cu fibre de siliciu alb pur rafinat din nisip comune. Fibrele sunt amestecate cu apă deionizată şi a altor substanţe chimice şi a turnat într-o matriţă de plastic în cazul în care excesul de lichid este stors din amestec.

Blocurile umede se usucă în cuptorul cu microunde naţiunii cea mai mare la uzina Sunnyvale, California, de la Lockheed Space Operations Co Apoi, acestea sunt sinterizate într-un cuptor F 2350 de grade. Sinterizarea siguranţe fibrele fără a se topi ele.

De tăiere şi de precizie Rough dimensionarea gresie sunt efectuate cu ferăstraie. Modelarea finală, de suprafaţă se realizează cu 3 - si 5-axe controlate numeric Maşini de frezat cu cap diamantat, ciocane tăietori. Dalele sunt apoi spray-filmate, cu geamuri şi impermeabilizat. Prelucrare şi de inspecţie ale fiecărui tigla este documentat, şi dale individuale sunt trasabile inapoi la loturile originală nisip. Nu există două piese pe o Orbiter sunt exact la fel. Curbură de dedesubt fiecare tigla este corelată cu conturul pielii Transport de la punctul exact la care piesă este să fie lipite.

Cele două tipuri de placi sunt aceleaşi, cu excepţia pentru acoperirea lor, care este in primul rand sticla de borosilicat. Substanţele chimice sunt adăugate la acoperire pentru a da dale diferite culori şi capacităţi respingere căldură.

De căldură de suprafaţă se disipeaza atât de repede că o piesă poate fi deţinută de colţurile sale cu o mână goale numai câteva secunde după demiterea dintr-un cuptor 2300 de grade F, în timp ce centrul de ţiglă încă se aprinde în roşu cu căldură.

Îmbunătăţirile la sistemul de protecţie termică au redus cantitatea de întreţinere necesară după fiecare misiune. În multe cazuri, zgârieturi şi scobituri pe gresie pot fi reparate. O nouă întrunire şi de instalaţie de fabricaţie pentru materiale de protecţie termică a fost deschisă în 1988, la Kennedy Space Center. Placi de două facilităţi de asamblare şi de fabricare a altor sunt la fabrica Lockheed lui Sunnyvale, şi de la Palmdale Rockwell International, California, a plantelor.

Dalele sunt delicate şi trebuie să fie protejate de stresul pe structura Orbiter în timpul zborului. Lansarea explozii, presiunile aerodinamic, forţele de direcţie, vibraţii şi acceleraţie cauza caroseriei vehiculului să se aplece şi trecerea uşor în timpul lansării. În rece impregnare a spaţiului, a vehiculului se micsoreaza uşor, numai să se extindă din nou în timpul re-intrare.

Pentru a preveni deteriorarea gresie, tulpina pad-uri de izolare - un strat de nailon simţit Nomex (ignifugă materiale) - sunt folosite între plăci şi suprafaţa Orbiter lui. Tampoane sunt lipite placi, precum şi la pielea de Transport, cu RTV, un adeziv temperatura camerei silicon vulcanizare. Suprafaţa ţiglă legat de tampoane este densificat cu silice-tip de soluţii pentru rezistenţa la tracţiune adăugat.

Un alt tip de material de patura de protectie se face simţită refolosibile suprafaţă de izolaţie (FRSI) pături. Aceste pături proteja suprafetele Orbiter de la temperaturi cuprinse între 350 de grade si 700 grade F. izolaţie este acoperit cu o vopsea alba din cauciuc siliconic. FRSI o dată acoperit aproximativ 25 la sută a vehiculului. Acum, materialul este utilizat doar pe secţiunea superioară a uşilor golf sarcina utilă şi secţiunile interior a suprafeţei superioare aripa.

Cele mai multe dintre dale LRSI şi pături FRSI au fost înlocuite de către pătura de izolaţie flexibilă (gogoaşă), compus dintr-un impermeabil, ţesături matlasate cu silice simţit între două straturi de ţesătură de sticlă cusute împreună cu fir de siliciu. FIB medie cantareste 4.9 kg sau 11 de lire sterline pe picior cub.

Pături au o mai bună durabilitate, si costa mai putin de a face şi instala decât gresie. Ele sunt utilizate pe pereţii laterali superioară a fuzelajului Orbiter lui, secţiuni ale uşilor golfului sarcină utilă, de cele mai multe stabilizatorul vertical şi în zona cârmei de frână de viteză, secţiunile lateral şi spate a aripii superioare, părţi ale elevons, si in jurul ferestrelor de observare.

Unele dintre piese HRSI au fost înlocuite cu fibre izolatoare compozite refractare (FRCI-12), care sunt mai puţin dense decât gresie 22-lire-pe-picior-HRSI cubi, dar comparabilă în putere. Acestea sunt utilizate în jurul valorii de penetrarile şi în zona de vârf.

Alte materiale termice utilizate sunt bara de umplere şi diferenţa de umplutură care derivate din focă decalajelor dintre dale şi între plăci şi structura Orbiter. Sigilii proteja de aluminiu şi / sau a pielii epoxidica din grafit Orbiter prin prevenirea fluxului de gaz plasmă fierbinte. Umplutură diferenţa sunt pachetele de pânză fibre ceramice umplute cu un elastic de umplere batt ceramică, şi, uneori, cu o folie de metal. Bara de umplere este format din benzi de Nomex simţit acoperite cu RTV, si face parte din metoda de asamblare utilizate pentru gresie.

O combinaţie de pânză alb şi negru de siliciu pigmentate se completează până bariere termice, şi sunt instalate în jurul valorii de domenii penetrabil cum ar fi uşile principale şi nasul trenului de aterizare, trapa Orbiter de reacţii adverse, usi ombilical, elevons, transmite control reactie a sistemului modul şi standuri, OMS păstăi, şi a diferenţelor între plăci în zone de înaltă presiune diferenţială.

Topitură de silice este utilizat pentru ferestre exterioare în Orbiter. Metalul este folosit pentru carenaje transmite sistemului de reacţie de control şi de panouri elevon sigiliul de pe interfaţa de sus elevon aripa.

Toate ingredientele majore în Transport de protectie termica externe System-gresie, pătura flexibil de izolaţie şi a simţit suprafaţă refolosibile-Insulation sunt lipite cu adeziv Orbiter RTV. Ciment va rezista la temperaturi la fel de mare ca 550 de grade F, şi cât mai reduse minus 250 de grade F, fără a pierde puterea de obligaţiuni.

După fiecare zbor, Orbiter de sistem extern de protecţie termică este rewaterproofed. Dimethylethoxysilane este injectat in dale printr-un orificiu existent în suprafaţă de acoperire cu un pistol ac,, şi păturile sunt injectate cu un pistol ac. Procedura trebuie să fie făcut de fiecare dată, deoarece materialul de impermeabilizare arde la 1100 de grade F., expunând astfel suprafaţa exterioară a sistemului termic de absorbţie a apei.

Există numeroase posibilităţi de departe şi-variind spinoffs pentru aplicatii comerciale sau a materialelor termica a sistemului de protecţie. De exemplu, gresie poate fi ideal ca baza de bijutier de lipit, deoarece acestea absorb căldura atât de puţin de la o lanterna, nu contamina metale preţioase şi sunt suficient de moale pentru a deţine un produs pentru fi sudat. Din cauza lor de puritate, gresie poate fi un excelent la temperaturi ridicate filtru pentru metale lichide. Carbon-carbon pistoane s-au dovedit a fi mai uşor decât pistoane din aluminiu şi de a creşte eficienţa mecanice şi termice de motoare cu combustie internă.

Costurile ridicate la acest moment sunt un factor de descurajare pentru aplicarea pe scară largă a tehnicilor şi materialelor de la sistemul de protecţie termică. O piesă unică filmate poate costa la fel de mult ca 2.000 de dolari. Dar progresele tehnologice pot face aceste materiale pure, usoare termice izolatori nouă a viitorului.