¡Tomando el calor! Entrada, Las cargas útiles de descenso y aterrizaje en cuerpos atmosféricos requieren materiales especiales. Una nueva técnica en estudio para fabricar y aplicar placas del sistema de protección térmica (TPS) podría ahorrar dinero y reducir la programación de las naves espaciales. y tiempo de montaje. Crédito:Joe Brock, Centro de Investigación Ames de la NASA
Se está desarrollando y probando un nuevo enfoque para diseñar y fabricar sistemas de protección térmica contra el calor (TPS) para naves espaciales. ofreciendo la promesa de fabricar baldosas de mayor tamaño mientras se reduce la mano de obra, costo y desperdicio.
TPS, o escudos térmicos, forman la superficie exterior de la nave espacial, llamada aeroshell, y brindan protección cuando el vehículo se sumerge a través de atmósferas planetarias. Esta tecnología es fundamental para asegurar el éxito de la misión. Debido a la naturaleza de los materiales TPS convencionales y al gran tamaño de la nave espacial más nueva, Los diseños recientes de protectores térmicos han consistido en una gran cantidad de baldosas de tamaño limitado que se instalan individualmente, algunos con capas de aislamiento de tensión y con espacios entre las baldosas cuidadosamente rellenados. Es un procedimiento engorroso y que requiere mucho tiempo.
Idea racionalizadora
Los ablatores conformales son un tipo de TPS flexible. Forman una barrera protectora que se puede moldear durante el procesamiento, tomando la forma de una nave espacial, lo que facilita la integración. Estas barreras disipan el calor cuando la nave espacial entra en la atmósfera.
Una idea nueva y racional es producir ablatores conformados mediante el procesamiento de infusión al vacío cerrado. El TPS conformado se puede formar en grandes segmentos y adherirse directamente a una cubierta de aerosol sin una capa de tensión intermedia entre la loseta de TPS y la estructura de la cubierta de aerosol. Hacerlo tiene el potencial de reducir la carga sobre el programa de desarrollo de una nave espacial, montaje y presupuesto.
Este trabajo en curso está encabezado por Adam Sidor del Instituto de Tecnología de Georgia, miembro de la clase 2014 de becarios de investigación de tecnología espacial de la NASA.
El programa de becas de investigación de tecnología espacial de la NASA (NSTRF) está financiado por la Dirección de Misiones de Tecnología Espacial (STMD) de la agencia. Las becas permiten a los estudiantes realizar actividades inventivas, investigación de tecnología espacial en sus respectivos campus y en los Centros de la NASA y / o en laboratorios de investigación y desarrollo sin fines de lucro de EE. UU.
Un nuevo enfoque para aplicar baldosas que impiden el calor en naves espaciales utiliza un método de infusión al vacío. Crédito:Adam Sidor
Sidor está trabajando con especialistas en el Centro de Investigación Ames de la NASA, basándose en su experiencia en materiales ablativos conformables y el enfoque de procesamiento actual para estos materiales que hacen uso del moldeado y la inmersión, pero un método que puede resultar en grandes cantidades de resinas y solventes desperdiciados.
Proceso VIP
"Estos ablatores conformados mejoran los materiales ablativos previos, "Sidor dice, y son más fáciles de instalar, Reducir el desperdicio de procesamiento y la mano de obra a costos relativamente bajos. "Abordan muchas dificultades inherentes a los materiales de ablación más tradicionales, " él añade.
El procesamiento de infusión al vacío (VIP) fue elegido como un proceso de fabricación candidato para ablatores conformados. El moldeado cerrado utiliza herramientas selladas, en lugar de abiertas, para mejorar la penetración de la resina y controlar los compuestos volátiles.
Trabajo de prueba de concepto
El enfoque VIP utiliza presión de vacío para extraer resina en un sustrato de fibra. Los procesos de moldeo cerrados como VIP se han utilizado durante años en la industria de los compuestos. Pero modificar esta técnica y aplicarla para ablatores conformales es una aplicación novedosa, Sidor explica. "Mi investigación VIP mejora el estado de la técnica en términos de reducción de desperdicios y costos. Es un proceso muy eficiente y fácil de implementar, " él dice.
Trabajando con expertos en TPS en el Centro de Investigación Ames de la NASA, Sidor ha demostrado la técnica VIP a pequeña escala. Próximo, el proceso se ampliará para producir segmentos de TPS más grandes, él dice.
El diagrama muestra la configuración experimental del procesamiento de infusión al vacío (VIP). Crédito:Adam Sidor
Ese trabajo de prueba de concepto en Ames sobre el proceso VIP ha dado resultados alentadores, Notas de Sidor. "Mi plan es ampliar el tamaño de TPS y hacer geometrías más complejas que en realidad son como mosaicos de protección contra el calor reales".
Metodología automatizada
Gracias a su esfuerzo financiado por NSTRF, Las investigaciones de Sidor en Georgia Tech también se centran en el trabajo computacional para desarrollar una metodología automatizada para diseñar escudos térmicos conformes.
"Poner esa metodología en código informático para modelar un proceso muy complejo, luego puede escupir el diseño de fabricación para hacer su escudo térmico, "Dice Sidor.
Sidor dice que espera que el trabajo sea lo suficientemente general y amplio como para aplicarse a muchos materiales TPS diferentes y misiones espaciales. Considera que su investigación se está aplicando a futuros módulos de aterrizaje en Marte, así como naves espaciales robóticas que se sumergen profundamente en la atmósfera de la luna de Júpiter, Europa así como los que sondean Titán, una enigmática luna de Saturno.
"Realmente me encanta el aspecto experimental de este trabajo de NSTRF. Los estudiantes de posgrado en mi área no siempre pueden hacer esto. Soy afortunado de hacer experimentación práctica y ensuciarme las manos. Así que es divertido, "Concluye Sidor.
