Компания Radian Aerospace, известная своим концептуальным космическим самолетом Radian One Single-Stage-to-Orbit (SSTO), представила Dur-E-Therm — покрытие для космических аппаратов из новых материалов, которое предназначено для обеспечения полетов SSTO и поддержки гиперзвуковых военных и коммерческих применений.
«Материал Dur-E-Therm позволяет создавать быстро летающие лёгкие конструкции из композитных материалов, способные к многократной эксплуатации без снижения эффективности. «,— заявил руководитель отдела технологий Ливингстон Холдер.
Совместно созданный для защиты ракет типа Radian One при старте и посадке, новый материал также пригоден для аппаратов с горизонтальным взлетом и посадкой благодаря прочности на высоких скоростях и возможностям экономии за счёт многоразового использования.
Благодаря Dur-E-Therm одноступенчатые полеты на орбиту стали возможны.
Различные концепции космопланов, например Aurora, предлагают методы и материалы для преодоления нагрузок и экстремальных условий высотных летательных аппаратов, предназначенных для выхода в космос и возвращения на Землю. Вооружённые силы США рассматривают конфигурации гиперзвуковых ракет с прямоточным двигателем и гиперзвуковые авиационные ракет класса «воздух–земля», которые также сталкиваются с аналогичными условиями во время высокоскоростного полета в атмосфере. Компания Radian Aerospace утверждает, что новый материал подходит для этих применений.
Холдер указал, что эффективность Dur-E-Therm превосходит традиционную плитку космических аппаратов, применяемую для покрытия современных спускаемых устройств. Традиционная система тепловой защиты (TPS), подобная плитке шаттла, однослойная, из абляционных материалов и рассчитана на переживание вхождения в атмосферу лишь один раз. Dur-E-Therm же многослойный и предназначен для выполнения нескольких задач.
«Dur-E-Therm — многослойная система изоляции, состоящая из прочной наружной оболочки, способной защитить от тепла спускаемого аппарата, и внутренних слоев лёгких материалов, также рассчитанных на выдерживание теплового воздействия. », — пояснил Холдер.
Маркетинговые материалы Radian сообщают, что многослойное устройство состоит из трёх элементов.
- Стеклоподобной оболочки из карбона-кремнекемида (C/SiC).
- Слои изоляции созданы из коммерчески доступных материалов: опацифицированного волокнистого утеплителя (ОФИ), алюмосиликатного аэрогеля и фирменной разработки Radian на основе полимерного аэрогелевого утеплителя.
- Кроме того, предусмотрено механическое присоединение к основному холодному сооружению.
По словам Холдера, эти материалы делают теплозащитную систему легкой и долговечной, что позволяет использовать ее многократно без повреждений. Он указал, что возможность повторного применения может привести к значительной экономии средств по сравнению с традиционными хрупкими панелями TPS, требующими многочасового обслуживания между полетами.
Высокотемпературные испытания продемонстрировали преимущества материала.
Перед испытаниями Dur-E-Therm в условиях высокоскоростного полета инженеры Radian совместно с сотрудниками материаловедческой лаборатории НАСА GRC провели многократные тесты с газовой горелкой для оценки теплоизоляционных свойств и потенциала повторного использования.
В процессе испытаний инженеры применяли газокислородную горелку, чтобы нагревать образец Dur-E-Therm (EDU 1) до температуры более 1480 °C. Такое интенсивное тепловое воздействие символизировало многочисленные подъемы и спуски по высоте.
Команда НАСА/Radian Aerospace, изучив результаты, назвала испытания успешными. Компания подчеркнула, что Dur-E-Therm выдержал экстремальные температуры в течение нескольких циклов, а также продемонстрировал многообещающие изоляционные свойства и потенциал повторного использования.
Тестирование обновленной версии Dur-E-Therm, EDU 1a, уже началось. Компания заявляет, что новый раунд испытаний при высоких температурах предназначен для оценки улучшений изоляции по сравнению с TPS EDU 1. Команда надеется, что испытания также позволят установить возможность повторного использования внешних панелей TPS CMC.
Военное и коммерческое применение
Радиан представила новую TPS, которую называет «переломным моментом» для космических самолетов SSTO (одноступенчатых для вывода на орбиту) и HTL (горизонтального взлета и посадки), но пока её нельзя использовать в космосе. Компания утверждает, что сочетание многократного использования Dur-E-Therm и передовых технологий производства материалов делает новую TPS идеальной для развивающегося гиперзвукового рынка, включая потенциальные военные и коммерческие применения.
«Его можно применять для ограждения самолетов и космических кораблей от нагрева во время полета сквозь атмосферу на сверхзвуковой скорости или при входе в атмосферу. Это делает его подходящим для нашего аппарата и для всего, требующего преодоления атмосферы на сверхзвуковой скорости. », — сказал Холдер.