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    Las técnicas de tejido especializadas permiten un nuevo escudo térmico para la exploración planetaria

    Un dibujo de los componentes individuales que componen un escudo térmico (izquierda) y el escudo térmico completamente ensamblado con costuras integradas adheridas a la estructura debajo (derecha). Crédito:NASA

    Cuando la sonda de la misión Galileo entró en la atmósfera joviana en diciembre de 1995, experimentó temperaturas dos veces más calientes que la superficie del sol, y requirió escudos fenólicos de carbono para proteger su carga útil a bordo del calor intenso. Desde esa misión, La NASA no ha volado una nave espacial que requiera protección contra un calor tan extremo. Recientemente, sin embargo, el Estudio Decadal de Ciencias Planetarias de la NRC ha recomendado que la NASA considere las misiones científicas in situ a Venus y Saturno como una alta prioridad en el conjunto de misiones compitidas por Nuevas Fronteras. Para llegar a la superficie de estos planetas, Las misiones requerirán escudos térmicos que sean capaces de soportar entornos de entrada muy extremos, pero no son tan pesados ​​como los protectores térmicos fenólicos de carbono utilizados anteriormente.

    Para responder a esta necesidad, La NASA y sus socios de la industria están desarrollando una forma innovadora de diseñar y fabricar una familia de materiales del sistema de protección térmica ablativa (TPS) utilizando tecnología de tejido disponible comercialmente. Este nuevo enfoque, llamado Heat-shield for Extreme Entry Environment Technology (HEEET), aprovecha la forma en que se usa el tejido tridimensional (3-D) para fabricar piezas de aviones hechas de materiales compuestos de carbono. Para fabricar materiales TPS con las propiedades deseadas, Las fibras de diferentes composiciones y densidades de hilo variables se colocan con precisión en una estructura tridimensional. El tejido tridimensional extiende el tejido tradicional bidimensional (2-D) interconectando el material tejido en la tercera dirección, permitiendo la fabricación de materiales que son más robustos al entorno de entrada que los materiales tejidos 2-D tradicionales. Luego, los paneles se infunden con resinas y se curan para bloquear las fibras en su lugar. Usando modelado avanzado, diseño, y herramientas de fabricación para optimizar el tejido para un rendimiento general mejorado, el proyecto HEEET ha fabricado una nueva familia de materiales TPS y los ha probado para una amplia variedad de condiciones de entrada.

    Dependiendo del diseño de la misión, el flujo de calor máximo durante la entrada puede alcanzar aproximadamente 10, 000 W / cm 2 tanto para Venus como para Saturno, y la presión máxima puede variar hasta aproximadamente 1, 000 kPa. HEEET se está diseñando actualmente para soportar estas condiciones y, al mismo tiempo, proporcionar una eficiencia masiva muy superior a la del material fenólico de carbono heredado utilizado para TPS en misiones heredadas. Además de brindar protección térmica, el tejido 3-D también aumenta la robustez mecánica del material TPS.

    Un esquema de tejido multicapa que muestra capas superior e inferior de alta densidad con una capa de densidad media con diferente composición de hilo. Crédito:NASA

    El equipo HEEET está apoyando actualmente múltiples propuestas de New Frontier en previsión de un Anuncio de Oportunidad de New Frontiers a finales de 2016. Los planes exigen que el proyecto HEEET madure y entregue tecnología para la infusión en misiones seleccionadas mucho antes del Punto de Decisión B clave:la decisión puerta que conduce al período del ciclo de vida de la misión en el que un proyecto comienza el diseño preliminar y completa el desarrollo tecnológico requerido. En 2015, Los hitos de HEEET incluyeron la demostración de la capacidad de formar e infundir resina en una superficie representativa de baldosas HEEET, la tapa de la nariz esférica. Además, el proyecto completó con éxito una serie de pruebas de chorro de arco para respaldar el desarrollo del modelo de respuesta del material y para respaldar el diseño de la costura. Esta prueba permitió al proyecto refinar su modelo de respuesta de material en apoyo del dimensionamiento de TPS y reducir el espacio comercial de diseño de juntas.

    Pruebas de material HEEET en el Complejo Ames Arc Jet de la NASA en la Instalación de Calefacción de Interacción. Crédito:NASA




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