Los avances en los materiales de protección térmica cambian el juego de Orion: 3 de abril, 2015

Prueba de una muestra de protección térmica tridimensional multifunción ablativo (3D-MAT) después de un jet de arco en el centro de investigación Ames de la NASA. El ejemplo muestra la capa carbonizada de la prueba de presión extremadamente caliente, alta; debajo de la capa carbonizada es inafectado material 3D-MAT.

Crédito de la imagen: NASA/Ames

 

Como los Chorro de tinta torpe como viejo impresoras desde la década de 1990 se convirtió en impresoras 3D de hoy estado-of-the-art, materiales de protección térmica usados en naves espaciales de la NASA están poniendo un lifting--una tridimensional grande.

Los ingenieros utilizaron el material original, llamado carbono bidimensional fenólicos, en el pasado en el transbordador espacial para protegerla de las llamas del cohete durante el lanzamiento, en sondas de exploración planetaria y de las almohadillas de compresión de 10 pulgadas con forma de disco en la nave espacial Orión de la NASA, que voló en el espacio en su primer vuelo de prueba en diciembre de 2014.

 

Pero para el próximo vuelo de Orión y en el viaje a Marte, los ingenieros han desarrollado un material más eficiente para reemplazar el carbón fenólico llamado tridimensionales multifunción ablativo protección térmica (3D-MAT). El material fue desarrollado por:

Centro de investigación Ames de la NASA en Moffett Field, California, en colaboración con los molinos de cinta Bally Bally, Pennsylvania y Composites de San Diego en San Diego, California, para la NASA Space Technology misión dirección (STMD). STMD financiado la maduración incremental de la novedosa tecnología de investigación del concepto básico a través de pruebas en el ambiente térmico severo para las futuras misiones de Orión de rendimiento proof-of-concept.

Las almohadillas son encajadas entre el módulo de tripulación y el módulo de servicio de Orión para apoyar las fuerzas extremas que el módulo de tripulación experimenta sobre el lanzamiento y ascenso al espacio. Cada almohadilla soporta aproximadamente 55.000 libras. Es el equivalente de resistir la fuerza de 16 elefantes saltando en Orión al mismo tiempo.

 

Orión, nueva exploración de la nave espacial de la NASA, siendo preparados para su primera prueba de vuelo. Los agujeros de 10 pulgadas en la parte inferior de la nave espacial designan la colocación de las almohadillas de compresión.

Crédito de la imagen: NASA

 

Los discos también guardan cerca de las partes del módulo de tripulación de choque explosivo cuando el módulo de servicio se separa desde el módulo de tripulación, y proporcionan protección contra el calor adicional como las vetas de módulo a través de la atmósfera, donde la superficie del escudo térmico de la nave espacial puede alcanzar temperaturas superiores a 4.000 F.

 

"Segundo vuelo Orión tendrá a la nave a entrar en la atmósfera terrestre a una velocidad mucho mayor que durante su primer vuelo, que significa generará mucho más calor que los cojines hechos de carbón fenólico podría soportar,", dijo Jay Feldman, el líder técnico para 3D-MAT, que trabaja para ERC, Inc., en Ames.

Porque el fenólico de carbono no es una solución para el segundo vuelo, ingenieros exploran numerosas otras opciones incluyendo las fibras de tipo simple o tipo híbrido, 2-D o técnicas 3D, tejer o acodar y diversas resinas pegajosas.

"Tejidos 3D ofrecen resistencia superior a tejidos 2-D", explicó Feldman. "La combinación de fibras de cuarzo--no carbono--y tejido tridimensional 3D-MAT da la solidez que se necesita realizar estructuralmente. Es menos masivo y sobrevive extremadamente a la alta calefacción, manteniendo la estructura y contenidos por debajo, como a los astronautas, genial."

 

Orion, nueva nave de exploración de la NASA, llevará el equipo a planetas distantes, proporcionan la capacidad de interrupción de emergencia, mantener la tripulación durante el viaje espacial y proporcionar seguro reingreso desde el espacio profundo.

Crédito de la imagen: NASA

 

La diferencia entre un objeto 2D y 3D es que uno 2-D solo tiene longitud y anchura. Objetos tridimensionales tienen altura, así como la longitud y anchura. Así, los materiales se teje con fibras no sólo en longitud - y a lo ancho pero también verticalmente (es decir, altura) arriba y abajo a través de la longitud y anchura.

Para hacer el material, 5.000 fibras de cuarzo, cada una con control individual, se tejen juntas, haciendo un pedazo de 50 capas de estiramiento 13 pulgadas de largo por 12 pulgadas de ancho por 3 pulgadas de espesor. La pieza se inyecta con pegamento especial para llenar los poros minúsculos entre las fibras y las capas, curar el material en su última obra maestra.

Cuando se completaron las primeras muestras del material, que era hora de encender la calefacción y ponerlos a prueba en arco Jet instalaciones Ames.

Chorros de arco simulan la experiencia de la nave a extrema presión y calor al entrar en la atmósfera de un planeta a velocidades extremas. Los jets arco de fuego de electricidad en las partículas de aire tan rápidas que las partículas se convierten en plasma supersónico. Este da a los ingenieros datos controlados de prueba sobre el terreno antes de vuelo.

En las pruebas de arco de chorro de 3D-MAT, las fluctuaciones de material soportado impresionantemente alto calor, temperaturas y presiones – consistentemente mejores que el carbón fenólico, que partió en las mismas condiciones.

Después de tres años de financiamiento STMD, el equipo está listo para entregar sus esfuerzos de investigación y desarrollo para el programa Orión para su próxima misión en el desarrollo vuelo y hardware.

 

"Cuando empezamos la tecnología de sistemas de protección térmica tejida, sentíamos que tenía el potencial para un impacto significativo en las futuras misiones de la NASA cambiando desarrollo protector de calor de un reto a superar en un componente de habilitación de misión," dijo Ames Ethiraj Venkatapathy, jefe técnico de la división de tecnologías y sistemas de entrada. "En menos de 36 meses, estamos celebrando este logro tecnológico y entregando un material altamente desarrollado, de múltiples funciones con un rendimiento superior para satisfacer necesidades de Orión, así como la dirección, las necesidades críticas del viaje de la NASA a Marte."

 

El Administrador de la NASA Charles Bolden inspecciona un tejido telar en instalaciones de Bally cinta de molinos en Bally, Pennsylvania.

Crédito de la imagen: NASA

 

Maria Alberty
Ames Research Center

 

Traducción: El Quelonio Volador