התפקיד הקריטי של מגן החום בחקר החלל

כל חללית שחוזרת לכדור הארץ או נכנסת לאטמוספירה של כוכב הלכת אחר ניצבת בפני אחד האתגרים ההנדסיים הקיצוניים ביותר שקיים: לשרוד את העלייה האטמוספרית הנדרשת במהלך שלב זה, חיכוך עם מולקולות אוויר יוצר טמפרטורות שיכולות לעלות על 2,000 מעלות צלזיוס (3,600 מעלות צלזיוס), תוך שמירה על לחץ אווירי עצום ומכני על גבי חומר חום מסורתי, המורכב לעתים קרובות מחומרים מחוספסים כגון פחמן-מחץ חום-מחץ חום-אווירי (מחץ) ארוך-אוויר) אשר עלול להיות בעל השפעה בינונית וחום ארוך-פחמי (מחץ חום) גבוה יותר) עם חומר זה, או מחוספסת-פחמי, כאשר הוא בלתי-פחמי, אשר עשוי להיות מופעל על ידי לחץ דם-פחמי, או מחוספסת-פחמי, תוך כדי לחץ דם חם-פחמי, כאשר הוא מסוגל לעצימה-פחמי, תוך כדי לחץ דם-פחמי, אשר עשוי להיות מופעל על ידי הגנה אוטומטית-פחמי, או מחוספסת-פחמי, כאשר הוא מוגבל, או מחוספסת, כאשר הוא לחץ דם-פחמי, לעתים קרובות, אשר עשוי להיות מופעל על ידי הגנה חום-מחץ חום-מחץ חום-פחמי, אשר עשוי להיות

הדור הבא של חקר החלל צופה כלי שיט נחיתה הניתנים לחזרה, מאחזים ארוכי טווח, וכלי רכב חלל עמוק בחלל.כלי רכב אלה דורשים מגיני חום שאינם רק יעילים מאוד, אלא גם מסוגלים לגרום נזק עצמי שנגרם על ידי מיקרו-פרקטים, חמצון, או עייפות תרמית.

מה הם חומרי מגן חום?

חומרי מגן חום עצמי הם מורכבים כי לתקן באופן אוטונומי סדקים, punctures, או דלמנט ללא התערבות חיצונית.הרעיון הוא בהשראת ריפוי הפצע הביולוגי, שבו חיתוך מעורר קדמיה של תגובות כימיות ותאיות כדי לשחזר את השלמות של רקמות. בחומרים סינתטיים, החיסונים עצמיים יכולים להיות מושג באמצעות כמה מנגנונים נפרדים, כל אחד עם יתרונות ספציפיים עבור התנאים הקיצוניים של טיסה.

מערכות מבוססות מיקרו-קפיצה

הגישה המחקרית הנרחבת ביותר משתמשת מיקרו-capsules מוטבעת במטריקס פולימרי. קפסולות זעירות אלה מכילים סוכן ריפוי נוזלי (בעיקר מונומר או מערכת דו-מפלגתית של שני חלקים) כאשר סדקים דרך החומר, זה קרע את המיקרו-קפולים של נאס"א, שחרור הסוכן מרפא לתוך הסדקים באמצעות פעולה capillary.

רשתות וחילוניות

בהשראת מערכת הדם, חומרים של vascular-healing מכילים רשת של microערוצים מקושרים או סיבים חלולים מלאים סוכני ריפוי.כאשר הנזק מתרחש, את הקרעים הקרובים ביותר ומשחרר את הסוכן, אשר יכול לזרום על פני אזורים גדולים יותר לרפא אתרי נזק מרובים בו זמנית.עיצוב זה גם מאפשר מאגר הריפוי להיות משוחרר מאספקה חיצונית, המאפשר ריפוי מחזורים מרובים עבור מערכות קירור מורכבות יותר.

« « ⁇ self-Healing Polymers

קטגוריה שלישית כוללת חומרים המסוגלים לתקן את עצמם ללא סוכני ריפוי חיצוניים.אלה כוללים פולימרים תרמופלסטיים שיכולים להחזיר את הממשקים פגומים כאשר מחומם מעל טמפרטורת המעבר שלהם זכוכית, או פולימרים עם אג"ח דינמי covalent כי יכול לשבור וסידור מחדש תחת גירוי תרמי או UV. עבור יישומים הגנה חום, פולימרים תרמו-תגובה כי לרפא כאשר הם חווים חום אינטנסיבי של החזרה הם גורמים גמישים מאוד לדלקתיים, במיוחד, כי הם עלולים כי הם גורמים אופטיים מאוד, כי הם עלולים לרפא את היכולת הטובה ביותר עבור טיפול כימי.

תוצאות חיפוש ב- Self-Healing Heat Shield Technology

התחום ראה התקדמות יוצאת דופן בעשור האחרון, המונעת על ידי הצרכים של תוכנית ארטמיס של נאס"א, משגרי העתיד של ESA הכנה תוכנית, ויוזמות פרטיות כמו ספינת הכוכבים של SpaceX.כאן הם כמה מההתקדמות המשמעותית ביותר:

Polymer-Derived Ceramic Composites (PDCs)

קרמיקה בעלת עוצמה פולימר-דרדרבן נוצרים על ידי פולימרים preceramic preceramic כגון מחזורי פוליסוקסינים או פוליקרוגלינים בטמפרטורות גבוהות, מניבה מטריצה קרמיקה עם תכונות דומות ל-סיליקון carbide. על ידי שילוב מיקרו-קפסולות זהה מלאה עם עוד מרשם פולימרניים, החוקרים יצרו ⁇ עצמיים עם תכונות תרמיות כמעט, לאחר מכן, 000 קפסולות, 000 של תאים אלה, 000 תאים אלה, 000 תאים אלה, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה של קרמיקה, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה של תאים אלה קרמיקה, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה של קרמיקה, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה, 000 קרמיקה

פחמן-קרבון עם Boron- Based Fillers

פחמן-פחמן (C/C) מורכב מעמודי הגנה תרמיים בעלי טמפרטורה גבוהה, המשמש במחזורי האף ונקודות מובילות.עם זאת, הם רגישים לחמצן בטמפרטורות גבוהות, מה שמוביל להשפלה מתקדמת של מדענים מפוצצים C/C, עם תרכובות של C/C, כגון חיפוי (B4C) או ניטריד (BN) כאשר הוא חשוף ביעילות לצורה של חום עצמי של חומרת (corererere) וגרם לצורה של חומר מכני) הוא מונע נזקי-hegateic) לצורה עצמית, המונעת לצורה של חומר קירור עצמי מורכב יותר של חומר Coxate-cot) ו-axate-coreto-a-coreto-coreto-a-a-a-a-a-coreto-a-a-a-a-a-a-a-reto-a-regate-inated-inated-a-a-inated-inated-inated-inated-inated-a-a-a-in-inated-a-a-to-inated-in-a-coreto-in-in-cot-in-

NA-Engineered Coatings with Embedd Healing Agents

במקום לשנות את כל מגבת מגן החום, מדענים מפתחים גם ציפויים עצמיים החל על פני השטח החיצוני. ציפויים אלה משלבים קפסולות ננומטריות או צינורות פחמן שפועלים כמאגרים עבור סוכני ריפוי. A חידוש בולט מגיע משיתוף פעולה בין תאי מחקר חיל האוויר ואוניברסיטת דייטון: ציפוי היברידי הכולל מטמון (ceic + פולימר) עמוס עם קפסולות מיקרו-פולות המכילות חמצן גבוהות.

4D-Printed Self-Healing Structures

ייצור אדקטיבית פתח אפשרויות חדשות ליצירת מגינים חום עם אדריכלות פנימית מורכבת. חוקרים מאוניברסיטת אילינוי Urbana-Champaign השתמשו ב- 3D הדפסה כדי ליצור לוחות כריכים עם ערוצי צריחים מלאים בערוצים פולשניים מלאים בטמפרטורה גבוהה ריפוי רזסין.המבנה ניתן להדפיס עם צפיפות משתנה, אופטימיזציה של התנהגות תרמית וכוח מכני.

יתרונות המשימה המורחבת והחדשנית

היתרונות הפוטנציאליים של מגן חום עצמי מתרחב הרבה מעבר לתיקון נזקים פשוטים. בפעם הראשונה, ניתן לתכנן מערכות הגנה תרמיות חלליות עבור תוחלת חיים ושימוש חוזר, לא רק הישרדות שימוש יחיד.

מחזורי Re-Entry

כלי רכב שיגור ניתנים להחלפה כמו ספינת הכוכבים של SpaceX והאגיד של נאס"א דורשים מגיני חום שיכולים לעמוד בעשרות משימות ללא שיפוץ גדול. חומרי ההשמדה עצמית יכולים לטפל בנזק המצטבר מערכים חוזרים - מיקרו-קרקים מרכיבי אופניים תרמיים, זרמי חמצון, ושחיקה מאבק ומחלקיקי קרח. במקום להחליף את מגן החום כולו לאחר כמה טיסות, כלי הרכב יכולים להפחית באופן משמעותי בין עלויות בזמן, לצמצום באופן משמעותי.

פעילות מורחבת ומאדים

קרקעות עתידיות על הירח, מאדים או גופים אחרים עשויים להיות צריכים לשרוד במשך שנים על פני השטח, תוך חשיפה לקיצוניות טמפרטורה, קרינה ואבק משובח. מגן חום עצמי יכול לשרת תפקידים כפולים: הגנה על הרכב במהלך הירידה וההנחתה, ולהמשיך להגן עליו במהלך פני השטח לטווח ארוך להישאר כמו השפעות מיקרומטראואידים ורכיבי אופניים תרמיים.

הגנה מרחוק

עבור משימות מאוישות למאדים או אסטרואידים, החללית תשקיע חודשים או שנים בחלל עמוק, חשופים לקרני קוסמים, רוח השמש ומיקרו-סטרואידים שיכולים להצית חומרי הגנה תרמיים.אפילו סטיות קטנות יכולות להפוך קריטיות במהלך כניסה מהירה במהירות גבוהה סופית על פני כדור הארץ.

אתגרים נוכחיים ומחקר מתמשך

למרות ההתקדמות המרשימה, יש להתגבר על כמה מכשולים לפני שמגן חום עצמי הופך להיות מבצעי על חלליות אנושיות.

טמפרטורה והתאמה סביבתית

האתגר הבסיסי ביותר הוא להבטיח כי מנגנון הריפוי פועל על פני טווח הטמפרטורה כולו מנוסים על ידי מגן חום - מקר Cryogenic בחלל לייבוש חום הכניסה מחדש. סוכנים ריפוי רבים להיפטר, חיסון, או לרפא מהר מדי או לאט מדי מחוץ ללוח טמפרטורה צר. חוקרים מפתחים מערכות ריפוי רב-שכבות המשתמשות סוכנים שונים עבור משטרי טמפרטורה שונים.

ריפוי מהירות ויעילות

עבור מגן חום להיות יעיל באמת, התגובה הריפוי חייב להתרחש במהירות מספיק כדי לאטום נזק לפני המבנה הבסיסי הוא נפגע. בתרחיש של כניסה מחדש, סדקים יכולים להפיץ בתוך שניות. מערכות מיקרו-capsule הנוכחי עשוי לדרוש דקות למלא ולרפא, אשר איטי מדי עבור סדקים מהירים או מזיזים באופן משמעותי.

מחזורי ריפוי מרובים ודהגרדציה

בעוד מערכות פולשניות יכולות לספק תיקונים מרובים, הפגנות מעשיות מוגבלות ל-3-5 מחזורי ריפוי לפני אספקת סוכן הריפוי מותשת או הערוצים להיות מוצפים.עבור משימות שנמשכות מספר שנים או דורשות עשרות אירועים של כניסה, המערכת חייבת להיות מתוכננת עם מאגר גדול מספיק כדי להתאים את שיעור הנזק הצפוי.עם זאת, נושאת סוכן ריפוי עודף מוסיף מסה ותופסת נפח שניתן להשתמש בו עבור מערכות אחרות.

בדיקה והתאמה בסביבה ייצוגית

בדיקות קרקעיות של מגן חום עצמי דורש מתקנים מתקדמים שיכולים במקביל לדמות פלוקס חום גבוה, ואקום, טעינה מכנית ואפקטים מיקרו-מטוראידיים.כמה מתקנים בעולם יכולים לעשות את כל אלה בבת אחת. מתחם Arc Jet של נאס"א במרכז מחקר Ames, ו- ESA'sma Windscale in Kelne משמשים כדי לבדוק חומרים, אבל הם בדרך כלל לחשוף דגימות לחום יחיד, במקום קפסולת שטוחה, כמו גם על פני שטח של 2 שנים, כמו גם על פני שטח איטי יותר, כמו גם על פני כדור הארץ, כמו גם על פני כדור אדום, כמו גם על פני כדור הארץ, כמו גם על פני שטח, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 איטי יותר, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 איטי יותר, 000, 000, 000, 000, 000, 000 חשיפה עצמית מופעלים, 000 חשיפה עצמית מופעלים, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 חזר על פני כדור הארץ

שילוב עם עיצוב חלל קיים

חומרי הפחתת העצמי אינם תחליף פשוט ל- PICA או RCC אריחים הנוכחיים. תהליכי הייצור שלהם מורכבים יותר, והתכונות המכניות שלהם - במיוחד בטמפרטורות מבוכות - עשויים להיות שונים מחומרים מורשת.מהנדסים חייבים לאמת כי מערכת ההשמעה העצמית אינה משפיעה לרעה על צורת הכניסה הארודינמית, ⁇ תרמי או נתיב עומס מבני של הרכב.

ראשי > תוצאות חיפוש > The Path to Operational Self-Healing Heat Shields

המעבר מטיפוסי מעבדה לחומרה מתעופפת ידרוש שיתוף פעולה מתמשך בין מדענים, מהנדסים תרמיים, ומתכננים המשימה.כמה כיוונים מחקר מבטיח הם מתעוררים:

  • (FLT:0) Bioinspired Architectures:Buildd:cioFLT:1) Nature משתמש ב ⁇ כדי לעבור בין תכונות שונות (למשל, עצם לחוספס). החלת פורוזיות או תוכן ממלא על פני עובי חום יכול לאפשר הפעלה הדרגתית של ריפוי במעמקים שונים תוך שמירה על יעילות מבנית כוללת.
  • (FLT:0) למידה של Machine לגילוי נזקים: FLT:1 חיישנים Embedding לזהות פליטה אקוסטית או שינויים בהתנגדות חשמלית יכולים לעזור לאתר נזק ולהפעיל סוכני ריפוי בדיוק כאשר הם זקוקים.
  • (FLT:0) מערכות של גלגול עצמי הן פאסיביות והן אקטיביות:FLT ( 1 שילוב שכבות הקרביות עם מקרמות עצמיות בסיסיות יכול לספק את "הטוב ביותר של שני העולמות" - השכבה הבוגדנית מטפלת חימום כניסה ראשוני, בעוד המבנה העצמי מתקן נזקים חיי מגורים ומרחיב את החיים.
  • פרוטוקולי בדיקה: 0 (Standardized Testing Protocols: FIRLT:1) Agencies כמו נאס"א ו-ESA פועלים על פיתוח מדדים סטנדרטיים ליעילות הפחתת העצמי, ריפוי כוח, וריפוי חיי מחזוריים כדי להשוות טכנולוגיות שונות.

בעוד תעשיית החלל דוחפת לנוכחות מתמשכת על הירח ועל מאדים, הצורך במערכות הגנה תרמיות חזקות וארוכות ימים רק יגדל.לשמור על חומרי מגן חום, ברגע שמושג סיבולת, נמצאים כעת על סף יישום מעשי.עם המשך ההשקעה בחומרים מדעיים, אוטומציה ובדיקות טיסה, חומרים חכמים אלה יאפשרו מעמד חדש של כלי רכב עמוקים ומרחביים, מה שהופך את האנושות להתרחבות השמש לזמין יותר ויותר.

לקריאה נוספת, ייעוץ (FLT:0) של NASAA של טכנולוגיית מגן חום (FLT) 1 סקירה כללית, ה-APLT:2ESA Heat ShieldirFLT 3 משאבים, ומסמכים אחרונים מן החומרים יישומיים ו-APS; InterfacesFLT:5 כתבי עת על גבי גלגול עצמי גבוה.