« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « כלי לניסויים חומריים Spacecraft בתנאים קיצוניים

הבנת האופן שבו החומרים מתנהגים בתנאים קיצוניים היא יסודית לתכנון חלליות אמינה.מהפלזמה של כניסה אטמוספירית להשפעה של מיקרו-סטרואידים, משטחי חלל סובלים סביבות שיכולות לעלות על כמה אלפי מעלות צלזיוס.אחת השיטות היעילות ביותר לייצור מחדש חומרים אלה והערכה של קיצוניות אלה על הקרקע היא בדיקה מכוונת.

מה זה Ablation?

חסימה היא התהליך שבו החומר מוצלב מפני משטח בשל פעילות תרמית, כימית או מכנית.בהנדסת חלל, המונח מתייחס במיוחד להסרת מבוקרת של שכבת הגנה תרמית מקודשת כ סופגת אנרגיה ונושא חום מהמבנה הבסיסי של חומרים הדבקה, במהלך החלמה מחדש, האנרגיה הקינטית של הרכב מומרת לאנרגיה תרמית, ומייצרת טמפרטורות מדבקות של 1,500–3 מעלות צלזיוס, או מחוסמות את רמות החום של חומרים אלה;

בדיקות רותמות את התופעות הללו בהגדרות מעבדה מבוקרות.על ידי חשיפת חומרים של מועמדים לשטף חום מבוקר בדיוק, מתחים חמורים, ולחצים חלקיים חמצן, החוקרים יכולים לאפיין את שערי החסימה, היווצרות שכבת כריז, והשלמות המבנית של תת-הת הנותרים. בדיקת השחיקה אינה רק מתעדת כמה מהר נעלם החומר; היא מגלה כיצד החומר מבצע מחסום פונקציונלי לאורך כל האירוע.

מדוע בדיקת בעיות עבור Spacecraft

האטמוספירה של Spacecraft חוזרת לכדור הארץ במהירות של 7.8 ק"מ /s. שכבת ההלם וכתוצאה מכך מייצרת טמפרטורות פלזמה שיחוסמו כל מבנה מתכתי לא מוגן.בדיקת Ablation מספקת את הבסיס האמפירי למערכת הגנה תרמית (TPS) עיצוב, אימות כי חומרים לא להיכשל באופן קטסטרופלי בתנאים דמויי טיסה.ה הנתונים תומכים ישירות בבחירת עובי חום, צורה, וטייסים - הן בדיקות לא גורמות לבדיקות לא הדבקה, אך ורק לבדיקות מורכבות, אך ורק לבדיקות בטיחות, הן לא יכשלוכות, הן לא יכשלוכות, הן יהיו יעילות, והן לבדיקות מורכבות, והן לבדיקות אבטחה, הן, ללא מגבלות על בסיס קבוע.

מעבר לחזרה, בדיקת חסימה חיונית להבנת האופן שבו חלליות סובלות מאפקטים היפרביות ממיקרו-סטרואידים והריסות מסלוליות.כאשר חלקיקים מכה בכמה קילומטרים לשנייה, ההשפעה יוצרת חימום מקומי אינטנסיבי שיכול לייצר פגיעה דמוית שריון.בדיקת חומרים בטווחים בליסטיים מסייעת לאפיין כיצד הן מגיבות לאירועים כאלה ומודיעות את העיצוב של הגנה עבור מכשירים רגישים ו- נאס"א: 1.101 השפעות על הקשר בין ה-HF:

משימות היסטוריות מדגישות את הערך של בדיקות ablation.מודול הפיקוד של אפולו השתמש phenolic-impregated פחמן ablator שפותח באמצעות בדיקות קשת-jet שיטתיות.ה-TPS של מעבורת החלל מבוסס על פחמן-פחמן חזק על מכסה האף ואת הקצוות המובילים של נאס"א, חומרים מוסמכים באמצעות מאות שעות של חשיפה פלזמה לאחרונה, המעבדה מאדים מדע (Curios) המשמש מעקב אחר יכולת בדיקה פלנטרית גדולה יותר עבור פחמן לא רק על פני כדור הארץ ישיר לא רק לאחר אימון מגנטית, 000 של פחמן, 000 של פחמן, 000 של פחמן, 000 הוא אי פעם לא רק על לוחמת, 000 של פחמן מופעלת אבטחה מגנטית של פחמן, 000 של פחמן, 000 של פחמן, 000 של פחמן, 000 של פחמן מופעלת הגנה מגנטית מופעלת, 000 תוכניות הגנה מגנטית, 000 של פחמן, 000 של פחמן, 000 של פחמן, 000 של פחמן מופעלת של פחמן מופעלת, 000 של פחמן מופעלת, 000 של פחמן מופעלת, 000 של פחמן מופעלת של פחמן מופעלת אבטחה מגנטית של פחמן מופעלת של פחמן מופעלת על ידי לוחמת, 000 של פחמן מופעלת, 000 של משימות מחוסמת, 000 של לוחמת, 000 של פחמן מופעלת על ידי

תובנות מפתח מבדיקת Ablation

• (FLT:0) ו-Validation of material response model:031) Test Data calibrate ולוודא קודים חישוביים המשמשים לניתוח טרפירי ותרמי.
• (ב) ⁇ :0) ,(הההתמדה של מצבי כישלונות: ⁇ 1:1 ; ⁇ , דלמנטום, או סדקים תחת לחץ תרמי ניתן לזהות ולהקטין לפני הטיסה.
• (ב) ⁇ :0) ⁇ משקל: כל מילימטר של עובי עלות עובי מעובי; בדיקות מאפשרות למהנדסים להשתמש במינימום הדרוש לפרופיל משימה נתון.
• (FLT:0)Qualification of new Architectures:FreaLT:1 ,Wven, 3D מודפס חומרים מורכבים חייב לעבור בדיקות כיאות כדי להיות מאושר עבור טיסות חלל אנושי.

סוגי Ablation בבדיקת חומרים

בבדיקות חומריות חלליות, הביטול מסווג בדרך כלל לשני כיתות רחבות, אם כי חומרים אמיתיים רבים משלבים מנגנונים.

מעורבות פעילה

הגשמה פעילה כוללת חומרים העוברים תגובות כימיות אנדרמיות לפירוק האנרגיה. as the Surfaceחוםs, גזי המשחררים החומריים (למשל, H2, CO, CO2) אשר מוזרקים לתוך שכבת הגבול.גזים אלה חוסמים העברת חום אחיד וזרימי כימיקלים מגיבים עם פלזמה, צמצום השפעת החום על פני השטח. Common a Active Active Active Action active aalytics-Refective של פונקציות פחמן-Fireicicicicial של טיפול תרופתי, אך דורשות, אך יעילות של לחץ פחמן-Fireicial של לחץ מגנטית, אך דורשות, אך יעילות מאוד, לחץ פחמן-Fireicial של לחץ פחמן-Fireicial של לחץ יעיל מאוד, אך דורש טיפול תרופתי, אך דורש טיפול תרופתי, לחץ מגנטית, אך דורש טיפול תרופתי, לחץ מגנטית, אך טיפול תרופתי.

התחייבות

פסילה מסתמכת על חומרים סופגים חום באמצעות שינוי שלב (לחיצת, נפיחות) ללא דור גז אנדרמימי משמעותי.דוגמאות כוללות מתכות גרפיטי, ריאקטורי, וכמה מרוקאים קרמיקה כי תת-עד או התכה בטמפרטורות גבוהות מאוד. Passive a Passive ablators משמש לעתים קרובות באזורים עתירי חום גבוה כגון nozzles או קצה מוביל שבו שכבת נוזל יכול לשרת שכבות שונות של צורות חיים, כלומר, הן תכונות מתוחות, כלומר, הן תכונות שונות.

יישומים בעיצוב חללי ו- Qualification

בדיקות למניעת הריון תומך ישירות בעיצוב של מערכות הגנה תרמיות עבור כלי רכב נכנסים מחדש, בדיקות פלנטריות ופלטפורמות טיסה היפרוזיות.

• (FLT:0) פורמב ו-Aftbody Heatshields:FLT:1 האזור הגדול ביותר של TPS, אשר לעתים קרובות עשוי אריח או לוחות מוליכים קשיחים.בדיקה מאשרת טמפרטורות קו האגרה, יושרה כריזמית, והתרחבות תרמית תאימות עם מבנה תת-קרקעי.
• (FLT:0) ,Leading Edges: FLT:1 Nose caps ו-Files המובילים כנף לחוות את שיעורי החימום הגבוהים ביותר.חומרים כמו פחמן פחמן פחמן-פחמן מחזקים דורש בדיקות שילוב עם טעינה מכנית כדי להבטיח שהם ישרדו את הכוחות התרמית והאירודינמיקה.
• (FLT:0) גרון נוזל: 10.10.10.1 מנועים חזקים ומניעים, חומרי גרון נוזלים חייבים לעמוד בחום קיצוני ושחיקה ממוצרי הבעירה.
• (FLT:0Micrometeoroid ו-Fal debris (MMOD) מגן: OVAFLT:1 בעוד לא ablation קלאסית, בדיקות השפעה היפרביות מייצרות התכה ונפיחות מקומית שמשתף טכניקות אבחון רבות עם בדיקות הדבקה.

מעבר לחללית, בדיקות blation תומכות בפיתוח כלי רכב היפרוזיים, כולל קומבטורים סדוקים והגנה תרמית על כלי רכב של טילים וכניסה מחדש. אותם מתקני מנהרה קשתית ופלסמה משרתים הן תוכניות הגנה והן חלל אזרחי, ומספקים בסיס ידע חוצה-מגזרי.

שיטות בדיקה: כיצד Ablation is Measured

בדיקות למניעת הריון מבוססות קרקע מדמות את סביבת הטיסה באמצעות מספר מתקנים מיוחדים.

מנהרות רוח ארקייד (Arc Jets)

(המטוסים של Arc מייצרים זרמי נשפיר גבוהים על ידי העברת קשת חשמלית גבוהה דרך גז (בדרך כלל אוויר או חנקן) פלזמה המתקבלת הורחבה באמצעות נושט מאגד כדי לייצר מהירויות גבוהות, טמפרטורות, וחום פלוקסים.

מנהרות מסוגנן (ICP)

מתקני ICP משתמשים ב- Radio- ⁇ duction כדי ליצור פלזמה עתירה גבוהה, הימנעות זיהום אלקטרודה.הם מייצרים מהירות נמוכה יותר אבל טמפרטורה גבוהה יותר זורם אידיאלי עבור חקר קינטיקה כימית ותגובה חומרית בתנאים שאינם quilibrium. הם שימושיים במיוחד להערכת השפעות קטליטיות וחמצן פני השטח.

בדיקת לייזר

אנרגיה גבוהה עוצמה רציפה גלי או לייזרים הדופק יכול לחמם את פני השטח של חומר לטמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות ablation באופן מבוקר מאוד. בעוד חסר זרם Shear ואפקטים קו רוחב של מטוס קשת, בדיקות לייזר מאפשר מדידה מדויקת של אובדן המוני, מוליכות תרמית, ואת תחילת סף של כריתת הכותרת.זה משמש נרחב עבור בדיקות חומרים חדשים לפני שהם נשלחים לקמפיינים יקר יותר.

רכסים כדוריים ו- Hypervelocity Launchers

כדי לבדוק את הכשל מאפקטים מיקרומטרורואידיים, שני אקדחי גז קלים בשלב מאיצים את התחזיות כדי להאיץ עד 8 ק"מ /s.ההשפעה מייצרת מכתש עם התכה ונפיחות מקומית. החוקרים מודדים את קוטר, חדירה, ואת ההתנהגות של ejecta. מתקנים אלה גם לבדוק מגן חוטפים ולוחים עבור הגנה מפנים.

בחירת חומרים: מ- Carbon Phenolics to Nanocomposites

הבחירה של חומר blative תלויה בסביבה - מהירות כניסה, הרכב אטמוספירי, גלי חום ומשך. חומרים קלאסיים כוללים:

• (FLT:0) ,Phenolic-Impregnated Carbon Ablator (PICA): ⁇ 1 A נמוך-density Carbon חש מוטבע עם resin פנובי.It outforms רבים חומרים מורשת במונחים של מוליכות תרמית נמוכה, עמידות מיתון גבוהה, וצפיפות מתונה.
• (FLT:0)Carbon-Carbon Composites:cioFLT:1 ânb, חומרים גבוהים, אשר יכול לסבול ⁇ תרמי קיצוניים בשימוש על מעבורת מוביל קצוות וגרון נוזל.
• (FLT:0)Carbon-Phenolic:FLT:1 וven פחמן בד בבד עם phenolic resin. עמידות לשחיקה גבוהה בשימוש על אפולו ורכבי כניסה מחדש הדורשים TPS עבה, עמיד בפני phenolic.
• (FLT:0) ,Impregnated Reusable Ceramic Ablator (SIRCA): FLT:1 חומר מבוסס אריח המשלב צפיפות נמוכה עם ביצועים בינוניים עבור כניסה במהירויות נמוכות יותר.
• (FLT:0)Nanocomposites:FLT:1 מחקר חדש משלב צינורות פחמן, ננופיבר, או aerogels לתוך מזחלות פולימר כדי לשפר את מוליכות תרמית, להפחית את צפיפות ולספק תכונות של עצמו.

⁇ חדשים כגון fractory מתכת מבוססי קצף וקרמיקה אולטרה-גבוהה (UHTCs) כמו Hafnium diboride נבדקים גם עבור עיצובים חד-הכיבויים המפחיתים את גרגור ולשפר את בקרת הרכב. Ablation Testing of UHTCs תחת זרימת נשפים גבוהה הוא תחום פעיל של מחקר ב ESAsF:0erials ו-Materials Divisions 1

כיוונים עתידיים במחקר ובבדיקה

הדור הבא של חקר החלל - משימות מורשות למאדים, החזרה לירח עם אורון, ומניעה תרמית גרעינית - חומרים שורדים למשך זמן ארוך יותר ובסביבות קשות יותר.

ייצור של חומרים Ablative

הדפסה תלת-ממדית מאפשרת את ייצור של TPS כיתה-ד-ד' עם פורוזיות מבוקרת, נטייה סיבים, וחלוקת שרף. בדיקת פיזור של מבנים מודפסים היא חיונית כדי לאמת את הדבקות השכבה, החוצה נתיבים של גזים, ואת פגמים הייצור שיכולים ליצור נקודות כישלון.

Machine-Learning-Assisted Characterization

הדמיה מהירה גבוהה וספקטרוסקופיה במהלך בדיקות קשת-ג'ט לייצר terabytes של נתונים.מודלים של למידת מכונות יכולים לקשור פליטה על פני השטח עם קצב המיתון בזמן אמת, ומאפשרים שליטה סגורה של תנאי הבדיקה ובדיקות מהירות יותר של חומרים.חוקרים משתמשים גם תאומים דיגיטליים של קמפיינים בדיקה כדי למנוע תוצאות מפולט לתנאי טיסה מעבר ליכולת של מתקני קרקע.

self-Healing and Regenerative TPS

חומרים ביומטיים שיכולים להטמיע סדקים המושרה או לחדש שכבת הקרבה באמצעות מיקרו-capsules מוטבעים נחקרים.בדיקת חומרים כאלה דורשת ניטור של יעילות ריפוי והערכה של מחזורי חשיפה חוזרים, אשר דוחפת את תשתית המבחן הנוכחית למגבלותיה.

מורשת טיסה מורחבת של חומרים חדשים

כדי להפחית את הסיכון, ניסויים בטיסה על טילים נשמעים, פלטפורמות חיצוניות של ISS, וקטנות כניסה קטנות (למשל, משימות CRS CRS של SpaceX) משמשים כדי לתקן חומרים.מבחנים תת-ביטלאליים ומקיפים אלה מספקים נתונים אמיתיים ב- LEO, אשר מתקני קרקע אינם יכולים לשכפל באופן מלא בשל גודל ומגבלות כוח.

מסקנה

הביטול נשאר כלי חיוני לאמת כי החללית יכולה לשרוד את השלבים המענישים ביותר של המשימה שלהם.על ידי הדמיה של סביבות כניסה והשפעה עם נאמנות אי פעם, בדיקות כיולנות מספקת מהנדסים עם הביטחון כי מערכות הגנה תרמיות יבצעו כמתוכנן.המשחק בין מדע חומר, פיזיקה גבוהה, והנדסת בדיקות ממשיך לדחוף את הגבולות של מה הוא אפשרי לדגימות אוויריות מתקדמות יותר, כמו גם בדיקות שטח מתקדמות יותר, עם חומרים שאפתניות, עם פיתוח אוויריות, וביקוש, עם חומרים חדשים של כדור הארץ, עם שיטות תמיכה מתקדמת יותר ויותר, וביקוש, וביקוש, עם חומרים מתקדמים יותר ויותר, עם חומרים שאפתנית, וביקוש, עם חומרים מתקדמים יותר ויותר, עם חומרים מתקדמים יותר ויותר, עם חומרים מתקדמים, עם חומרים שאפתנית, עם חומרים חדשים, וניסיונות חדשים של מאדים, ומופעלים מתקדמים, וביקוש, עם התפתחותיים, עם פיתוח כדור הארץ, עם פיתוח אווירי כוח אדם, עם פיתוח אווירי כוח אדם, עם פיתוח, עם פיתוח אינטנסיביים, עם התפתחותיים, עם פיתוח מאי פעם אחר כך שמופעלים מתקדמים יותר ויותר מורכב יותר ויותר, עם פיתוח כדור הארץ, עם שיטות תמיכה מתקדמת יותר ויותר, עם חומרים שאפתנית, עם שיטות תמיכה מתקדמת יותר ויותר, וניסיונות תמיכה מתקדמת יותר ויותר, 000