Er wordt een nieuwe benadering ontwikkeld en getest voor het ontwerpen en vervaardigen van warmtewerende thermische beschermingssystemen (TPS) voor ruimtevaartuigen. biedt de belofte om grotere tegelformaten te fabriceren en tegelijkertijd de arbeid te verminderen, kosten en afval.

TPS, of hitteschilden, vormen het buitenoppervlak van ruimtevaartuigen - de aeroshell genoemd - en bieden bescherming terwijl het voertuig door planetaire atmosferen duikt. Deze technologie is essentieel om missiesucces te verzekeren. Vanwege de aard van conventionele TPS-materialen en de grote omvang van het nieuwere ruimtevaartuig, recente hitteschildontwerpen bestonden uit een groot aantal tegels met beperkte afmetingen die individueel werden geïnstalleerd, sommige met spanningsisolatielagen en met zorgvuldig opgevulde openingen tussen tegels. Dat is een omslachtige en tijdrovende procedure.

Stroomlijnen idee

Conforme ablatoren zijn een soort flexibele TPS. Ze vormen een beschermende barrière die tijdens de verwerking kan worden gevormd, in de vorm van een ruimtevaartuig, wat zorgt voor een gemakkelijke integratie. Deze barrières voeren warmte af wanneer het ruimtevaartuig de atmosfeer binnenkomt.

Een nieuw en gestroomlijnd idee is om conforme ablatoren te produceren door middel van gesloten vacuüminfusieverwerking. Conform TPS kan in grote segmenten worden gevormd en direct aan een aeroshell worden gehecht zonder een tussenliggende spanningslaag tussen de TPS-tegel en de aeroshell-structuur. Hierdoor kan de belasting op het ontwikkelingsschema van een ruimtevaartuig worden verminderd, montage en begroting.

Dit lopende werk wordt geleid door Adam Sidor van het Georgia Institute of Technology, een lid van de 2014-klasse van NASA Space Technology Research Fellows.

Het NASA Space Technology Research Fellowship (NSTRF) -programma wordt gefinancierd door het Space Technology Mission Directorate (STMD) van het bureau. De beurzen stellen studenten in staat om inventieve, ruimtetechnologieonderzoek op hun respectievelijke campussen en in NASA-centra en/of in non-profit Amerikaanse onderzoeks- en ontwikkelingslaboratoria.

Sidor werkt samen met specialisten van NASA Ames Research Center, puttend uit hun expertise in conforme ablatieve materialen en de huidige verwerkingsaanpak voor deze materialen die gebruik maken van gieten en onderdompeling - maar een methode die kan resulteren in grote hoeveelheden verspilde harsen en oplosmiddelen.

VIP-proces

"Deze conforme ablators verbeteren eerdere ablatieve materialen, "Sidor zegt, en zijn gemakkelijker te installeren, verwerkingsafval en arbeid verminderen tegen relatief lage kosten. "Ze pakken veel problemen aan die inherent zijn aan meer traditionele ablatormaterialen, " hij voegt toe.

Vacuüminfusieverwerking (VIP) werd gekozen als kandidaat-productieproces voor conforme ablatoren. Gesloten gieten maakt gebruik van verzegelde in plaats van open gereedschappen om de harspenetratie te verbeteren en vluchtige verbindingen onder controle te houden.

Proof-of-concept werk

De VIP-benadering maakt gebruik van vacuümdruk om hars in een vezelsubstraat te trekken. Gesloten vormprocessen zoals VIP worden al jaren toegepast binnen de composietindustrie. Maar het aanpassen van deze techniek en het toepassen ervan op conforme ablatoren is een nieuwe toepassing, Sidor legt uit. "Mijn VIP-onderzoek verbetert de state-of-the-art wat betreft het verminderen van afval en kosten. Het is een zeer efficiënt en gemakkelijk te implementeren proces, " hij zegt.

Werken met TPS-experts van NASA's Ames Research Center, Sidor heeft de VIP-techniek op kleine schaal gedemonstreerd. Volgende, het proces zal worden opgeschaald om grotere TPS-segmenten te produceren, hij zegt.

Dat proof of concept-werk bij Ames aan het VIP-proces heeft bemoedigende resultaten opgeleverd, Sidor merkt op. "Mijn plan is om de TPS-grootte op te schalen en complexere geometrieën te maken die eigenlijk op echte hitteschildtegels lijken."

Geautomatiseerde methodologie

Dankzij zijn door NSRF gefinancierde inspanning, Sidor's onderzoeken bij Georgia Tech zijn ook gericht op computerwerk om een ​​geautomatiseerde methode te ontwikkelen om conforme hitteschilden te ontwerpen.

"Door die methodologie in computercode te verwerken om een ​​zeer complex proces te modelleren, dan kun je het fabricageontwerp uitspugen om je hitteschild daadwerkelijk te maken, ' zegt Sidor.

Sidor zegt te hopen dat het werk algemeen genoeg en breed genoeg is om van toepassing te zijn op veel verschillende TPS-materialen en ruimtemissies. Hij beschouwt zijn onderzoek als toegepast op toekomstige Marslanders, evenals robotruimtevaartuigen die diep in de atmosfeer van de maan van Jupiter duiken, Europa, evenals degenen die Titan onderzoeken, een raadselachtige maan van Saturnus.

"Ik hou echt van het experimentele aspect van dit NSRF-werk. Afgestudeerde studenten in mijn omgeving kunnen dit niet altijd doen. Ik heb het geluk om hands-on te experimenteren en mijn handen vuil te maken. Dus dat is leuk, ’, besluit Sidor.