Lämpösuoja
In tila matka, lämpösuoja on kerros on avaruusaluksen , joka on tarkoitettu suojaamaan sen lämmön syntyy, kun se siirtyy ilmakehään . Peruskehitys tapahtui kylmän sodan alussa - ydinräjähteiden tulisi selviytyä paluusta . Voimakkaasti kiihdyttävät ohjukset, kuten amerikkalainen Sprintin ohjusten ohjus ja hyperäänihyökkäykset, edellyttävät myös lämpösuojaa.
Perusasiat
Kun ilmakehä tulee , ympäröivä ilmakehä hidastaa voimakkaasti avaruusalusta. Prosessissa ajoneuvon edessä olevan iskun edessä oleva ilmakehä lämpenee erittäin voimakkaasti puristuksen ja siten myös avaruusaluksen vuoksi. 1950-luvulla havaittiin, että tylsä runko ja sen synnyttämä aalto hajottavat tuloksena olevan lämmön paremmin kuin aerodynaamisesti muotoiltu runko; tällainen avaruusalus kuitenkin palaisi ilman lämpösuojaa . Pääsääntöisesti purkaminen kapselit miehitetty avaruusaluksia , avaruussukkula ja avaruusluotaimet että maa on planeetan tai kuun tiheä tunnelma on varustettu lämpösuoja suojaa.
Lämpösuojuksen materiaalille asetetaan valtavia vaatimuksia, koska sen on kestettävä jopa useita tuhansia celsiusasteita . Lämpösuojus toisaalta mahdollista tehokkaasti hajottaa iskun edestä absorboituneen lämmön ympäristöön ja toisaalta avaruusaluksen alhaisen lämmönjohtavuuden ja sen hyötykuorman, z vuoksi. B.Avaruusmiehet ja varusteet, suojaavat lämmöltä.
Uudelleenkäytettävät lämpösuojat
Uudelleenkäytettäviä lämpökilpiä kuten lämpösuojan laatat avaruussukkuloista koostuvat tavallisesti erittäin huokoisen lasikuidun materiaalien sidottu mukaan sintraamalla tiheä, hauras , lämmönkestävän ohut suojakerros ( boorisilikaatti ).
Avaruussukkulan lämpösuojan osat, joihin kohdistuu erityistä rasitusta, kuten siiven etureuna, on valmistettu hiilikuidulla vahvistetusta hiilestä (CFC).
Kertakäyttöiset lämpösuojat
Tähän luokkaan kuuluvat ablatiiviset lämpösuojat tai ablatiiviset TPS ( English Thermal Protection System ). Ablatatiivisilla lämpösuojuksilla ( latinalaisesta ablatuksesta , 'viety pois') on kaksi tehtävää: Toisaalta niiden tulisi suojata järjestelmiä korkeilta lämpötiloilta, kun ilmakehä tulee sisään, ja toisaalta sulatetulta ja höyrystetyltä materiaalilta, virtauksen tulisi saavuttaa jäähdytys. Tämän tyyppisessä (ablatatiivisessa) jäähdytyksessä käytetään vaihesiirtymän fyysistä vaikutusta, jossa materiaalin vaihemuutos absorboi energiaa. Ablatiivinen lämpösuoja kehitettiin alun perin ICBM: n paluupäähän .
Ablatiivisia lämpösuojuksia käytettiin avaruusaluksissa, kuten amerikkalaisessa Apollossa, ja niitä käytetään venäläisissä Sojuz-avaruusaluksissa , laskeutumislaitteissa , hyperäänikoneissa kuten X-15 ja myös ICBM: issä .
Tällainen lämpösuoja koostuu korkki- tai lasikuitukomposiittimateriaaleista ja / tai muovivaahdosta ( polystyreeni ) tukirakenteessa (yleensä alumiiniseos ). On myös synteettisestä hartsista valmistettuja ablatiivisia lämpösuojuksia, joita on vaikea sulaa ja haihtua. Tämä pinnoite pyrolysoituu ja sublimoituu, kun ilmakehä pääsee ympäröivään plasmaan . Soot- kuormattuna rajakerros estää säteilevän lämmönsiirron plasmasta vaikutuksen etu- pintaan lämpösuojan. Sen huokoinen, hiiltynyt kuori edustaa lisäestettä.Lisäksi tunkeutuva lämpö kuluu osittain endotermisissä reaktioissa (kemiallisten sidosten hajoaminen, haihdutus) ja kulkeutuu osittain takaisin ulkopuolelle kaasun kanssa ( poisto jäähdytys ). Lämpö, joka kuitenkin tunkeutuu lämpösuojuksen läpi, jakautuu erittäin lämpöä johtavan rakennemateriaalin avulla siten, ettei haitallisia korkeita lämpötiloja esiinny.
Ajatus ablatiivisesta lämpösuojasta syntyi kehitettäessä ohjauspintoja rakettimoottoreiden suihkussa . Ablaatiojäähdytystä käytetään edelleen nykyään edullisten tai pienempien rakettimoottoreiden suuttimissa. Tätä tarkoitusta varten moottorin polttokammion tai suuttimen sisäpinta on vuorattu materiaalikerroksella (esim. Grafiitti , volframi , molybdeeni tai niobium ), joka haihtuu vain korkeissa lämpötiloissa . Tämä passiivinen jäähdytys menetelmää käytetään esimerkiksi, kun Merlin moottori Falcon 1 raketti ja AJ-118 Delta II ylempi vaiheessa; Se on edelleen käytössä on RS-68 ensimmäisen vaiheen moottori Delta IV Heavy sekä RD-58 Block D / DM Proton .
Ilmakehon kapselin ablatiivisen lämpösuojuksen, Galileo- avaruuskoettimen hävitetyn tytärkoettimen , oli selviydyttävä ilmakehään pääsemisestä tähän mennessä suurimmalla kuormituksella, kun se saapui Jupiterin ilmakehään 7. joulukuuta 1995 nopeudella noin 170 000 km / h (47 km / s). Iskun edessä olevan kaasun lämpötila lämpii 16 000 K: iin (noin 15 700 ° C ), ja lämpösuojuksen oli kestettävä lämmön virtaustiheys 43 kW / cm². Lämpösuojus muodosti siis noin 43% upotuskapselin painosta ja noin kaksi kolmasosaa siitä paloi ja haihtui tullessaan Jupiterin ilmakehään.
kirjallisuus
- TA Heppenheimer: Lämpöesteen kohtaaminen: Hypersoniikan historia. Osa 1 (PDF; 1 Mt). ja osa 2. (PDF; 496 kB). NASA History Series, 2006.
- Frank S.Milos et ai.: Päivitetty ablaatio- ja lämpövastausohjelma avaruusalusten Heatshield-analyysille. (PDF; 4,2 Mt). 17. lämpö- ja nesteanalyysityöpaja, Maryland 2006.
nettilinkit
- Sukkuloiden lämpösuojausjärjestelmä (TPS )
- SHEFEX: Lämpösuoja kulmilla ja reunoilla.
- Buran: lämpösuoja. (Englanti)
Yksittäiset todisteet
- ↑ Ilmainen tiedekokeilu - palaminen - ilmanpaine, kitka, nopeus ja lämpö (englanti).
- ^ J. Hansen: Vastuullinen insinööri: Langleyn ilmailulaboratorion historia, 1917-1958. NASA: n historiasarja, osa sp-4305, luku 12: Hypersonics and the Transition to Space; Yhdysvaltain hallituksen painotoimisto, 1987, ISBN 0-318-23455-6 .
- Gr Ryan Grabow: Ablatiivinen lämpösuojaus avaruusalusten paluuseen. (PDF) (Ei enää saatavilla verkossa.) 7. joulukuuta 2006, aiemmin alkuperäisenä ; luettu 6. marraskuuta 2011 . ( Sivu ei ole enää käytettävissä , etsi verkkoarkistoista )
- ↑ Bernd Leitenberger: rakettimoottorit.
- ↑ Bernd Leitenberger: Galileon ilmakehän koetin. Haettu 27. huhtikuuta 2011 .