Het 3-dimensionale multifunctionele ablatieve thermische beschermingssysteem (3D-MAT) is een thermisch beschermingsmateriaal dat is ontwikkeld als een cruciaal onderdeel van Orion, het nieuwste ruimtevaartuig van NASA dat is gebouwd voor menselijke ruimtemissies. Het is in staat een hoog niveau van kracht te behouden en tegelijkertijd extreme temperaturen te doorstaan ​​tijdens zijn terugkeer in de atmosfeer van de aarde aan het einde van Artemis-missies naar de maan.

3D-MAT is een essentieel stukje technologie geworden voor NASA's Artemis-campagne die de basis zal leggen voor langdurige wetenschappelijke verkenningen op de maan en de voorbereiding zal vormen voor menselijke expedities naar Mars, in het belang van iedereen.

Het 3D-MAT-project kwam voort uit een technisch probleem bij vroege ontwerpen van het Orion-ruimtevaartuig. Het compressiekussen – de verbindende interface tussen de bemanningsmodule, waar astronauten verblijven, en de servicemodule die stroom, voortstuwing, voorraden en meer vervoert – vertoonde problemen tijdens Orions eerste testvlucht, Exploration Flight Test-1, in 2014.

NASA-ingenieurs realiseerden zich dat ze een nieuw materiaal moesten vinden voor het compressiekussen dat deze verschillende componenten van Orion bij elkaar kon houden en tegelijkertijd bestand was tegen de extreem hoge temperaturen van atmosferische terugkeer. Er werd onderzoek gedaan naar het gebruik van een 3D-weefsel voor NASA-hitteschildmaterialen, maar nadat de behoefte aan een nieuw materiaal voor het compressiekussen werd ontdekt, escaleerde de ontwikkeling snel.

Dit leidde tot de evolutie van 3D-MAT, een materiaal geweven met kwartsgaren en cyanaatesterhars in een uniek driedimensionaal ontwerp. Het gebruikte kwartsgaren is als een meer geavanceerde versie van de glasvezelisolatie die je misschien op zolder hebt, en de hars is in wezen een hightech lijm. Deze kant-en-klare luchtvaartmaterialen zijn gekozen vanwege hun vermogen om hun sterkte te behouden en de hitte buiten te houden bij extreem hoge temperaturen.

3D-MAT wordt samengeweven met een gespecialiseerd weefgetouw, dat de garens strak samenpakt en vervolgens met hars wordt geïnjecteerd met behulp van een uniek proces onder druk. Het resultaat is een hoogwaardig materiaal dat uiterst effectief is in het behouden van sterkte als het warm is, terwijl het ook de warmte isoleert van het ruimtevaartuig dat het beschermt.

Binnen drie jaar veranderde 3D-MAT van een concept in een vroeg stadium naar een goed ontwikkeld materiaal en is nu geïntegreerd in NASA's vlaggenschip Artemis-campagne. Het gebruik van 3D-MAT in het compressiekussen van het Orion-ruimtevaartuig tijdens de succesvolle Artemis I-missie demonstreerde de essentiële rol van het materiaal voor de bemande ruimtevluchten van NASA.

Deze ontwikkeling werd binnen zo'n korte tijd mogelijk gemaakt dankzij de samenwerking van het team met kleine bedrijven, waaronder Bally Ribbon Mills, dat het weefproces ontwikkelde, en San Diego Composites, dat samen met NASA de harsinfusieprocedure ontwikkelde.

Het team achter de ontwikkeling ervan won de NASA Invention of the Year Award, een prestigieuze eer die erkent hoe essentieel 3D-MAT was voor de succesvolle Artemis-vlucht en hoe belangrijk het is voor NASA's toekomstige Artemis-missies. Tot het erkende uitvindersteam behoren Jay Feldman en Ethiraj Venkatapathy van NASA's Ames Research Center in Silicon Valley in Californië, Curt Wilkinson van Bally Ribbon Mills en Ken Mercer van Dynovas.

3D-MAT heeft ook toepassingen buiten NASA. Materiaalverwerkingsmogelijkheden die mogelijk worden gemaakt door 3D-MAT hebben geleid tot andere producten, zoals structurele onderdelen voor Formule 1-raceauto's en raketmotorbehuizingen. Verschillende potentiële toepassingen van 3D-MAT in commerciële lucht- en ruimtevaartvoertuigen en defensie worden geëvalueerd op basis van de eigenschappen en prestaties.

Geleverd door NASA