Introducción

Las sondas espaciales profundas son los mensajeros más ambiciosos de la humanidad, viajando millones o incluso billones de kilómetros para estudiar planetas distantes, lunas y estrellas. Sin embargo, los ambientes que encuentran están entre los más castigados en el sistema solar. Radiación solar intensa, flujos de plasma y calefacción aerodinámica durante la entrada atmosférica pueden generar temperaturas lo suficientemente altas para vaporizar metales sin protección.

La Física de la Carne Extremada en el Espacio

El calor se produce en varias fuentes.El más obvio es la radiación solar directa. A una distancia de 1 UA (la distancia entre la Tierra y la Tierra), el flujo solar es de aproximadamente 1,361 W/m2. Pero para una sonda como el sistema solar Parker, que vuela en 6,2 millones de kilómetros de la superficie del Sol, que el flujo se eleva a más de 650.000 W/m2.

Tipos de escudos de calor usados en misiones espaciales

Escudos ablativos

Los escudos de calor de Venus son el tipo más antiguo y usado con mayor frecuencia para la entrada atmosférica. Consisten en un material que se fusiona, se evapora bajo alto calor, llevando energía térmica en el proceso. El material está diseñado para ser un conductor pobre para que el interior permanezca fresco.

Escudos aislados

El escudo de la energía solar también se utiliza en la nave espacial que reflexiona repetidamente, como los orbitadores de la transbordadora espacial. Estos escudos están hechos de materiales como fibras de aluminio o de alta densidad que atrapan el aire en una matriz de baja densidad, creando un aislamiento muy eficaz.

Sistemas de refrigeración activos

Las misiones de calor de Venus requieren un control de calor activo que el frío de la energía, por ejemplo, en las cámaras de combustión de motores de cohetes o en la nave espacial con energía nuclear. Para las sondas espaciales profundas, el enfriamiento activo puede ser empleado en instrumentos que operan a temperaturas criogénicas.

Escudos radiantes

El espacio de protección de calor radiativo es usado en la mayor cantidad de radiación posible. Se utilizan a menudo para la protección solar en donde no existe atmósfera. Estos escudos son metales altamente pulidos o mantas de aislamiento multicapa (MLI).El ] de metal escocido

Hitos históricos en el desarrollo de escudos de calor

Los primeros escudos térmicos prácticos se desarrollaron en los años 50 para las ojivas intercontinentales de misiles balísticos.El enfoque bruto de la fuerza de los disipadores de calor pesados dio paso a materiales ablativos, que ofrecían un mejor rendimiento por unidad de peso.

Estudio de caso: Sistema de Protección Termal de la sonda solar Parker

El más extremo ejemplo de la ingeniería de escudos de calor es el Territorial Sistema de protección (TPS) a bordo de la sonda solar Parker (PSP) de la NASA. Iniciado en 2018, PSP está diseñado para volar en la corona solar, menos de 10 radios solares de la superficie del Sol.

Desafíos de diseño: Peso, Espesor y Fabricación

Cada kilogramo de escudo térmico añade costo y reduce la capacidad de carga.Los diseñadores deben elegir materiales que sean efectivos insonorizadores térmicos y mecánicamente robustos. Para la entrada atmosférica, el escudo debe sobrevivir altas presiones dinámicas y fuerzas aerodinámicas mientras se ablan de manera irregular.

Innovaciones en Ciencias de los Materiales

[LT:2] Los avances recientes de la energía solar [LT] [FLT] [FLT] [FLT] [FLT] [FLT] [FLT]] [Flniveles de alta resistencia] [FLT] [Flniveles de alta resistencia] [FLT]

Probando escudos de calor en la Tierra

Los modelos de aire de la luz solar [FLT] pueden ser utilizados por los equipos de control de la energía solar .Los modelos de alimentación de la energía solar son de alta resistencia y de alta resistencia.

Futuros direcciones: Escudos de calor de próxima generación

Los equipos de control de temperatura pueden ser utilizados por los equipos de control de temperatura. Los reactores de temperatura más grandes

Para más información, consulte la descripción de la NASA del escudo térmico de la sonda solar Parker en NASA Parker Solar Probe TPS. En el NASA Technical Reports Server on PICA se pueden encontrar más detalles sobre materiales ablativos en el [[FLT].

Conclusión

Los escudos térmicos son mucho más que las capas pasivas de aislamiento; son sistemas cuidadosamente diseñados que equilibran la masa, la conductividad térmica, la cinética de la ablación y la integridad estructural. Desde los primeros días de la reingresación de misiles balísticos hasta las espumas de carbono más frágiles del Parker Solar Probe, cada generación de escudo de calor ha ampliado el sobre de las condiciones supervivibles.