熱シールドは、大気中の再エントリーの間に発生する極端な熱からそれらを保護する、再エントリー車両の重要なコンポーネントです。 適切な設計は、複雑な計算、基準に従う、および安全と有効性を確保するために実用的な例を含みます。

熱シールド設計の計算

設計プロセスは熱負荷計算から始まります。これは、シールドが耐えなければならない最大温度を推定します。これらの計算は、再入力速度、大気条件、車両の幾何学を考慮します。熱フラックスは、多くの場合、Chapman-Kolmogorovの式や帝国データを使用してモデル化されます。

熱伝導性、特定の熱およびablation率は物質的な選択の主変数です。 遮蔽物が極端な条件の下で構造的な完全性を維持することを保証する熱伝達は伝導、対流および放射によって分析されます。

規格・材料

設計は、NASAの熱保護システム(TPS)ガイドラインやASTM規格などの国際規格に準拠しなければなりません。使用される材料は、アブレーションコンポジット、セラミックタイル、および強化炭化炭素を含む。これらの材料は、溶融点、低熱伝導性、およびアブレーションによる熱を吸収する能力のために選択されます。

素材試験は、熱真空チャンバー、アークジェットテスト、およびアブレーションテストを組み合わせて、再エントリー条件をシミュレートします。認証により、シールドは実際のミッション中に確実に実行されます。

サーマルシールド設計事例

フェノール樹脂とガラス繊維で作られた断熱熱シールドを使用したApollo Command Moduleは、シールドが再エントリー中に最大2,500°Cの温度に耐えるように設計されました。 アブレーションプロセスは熱を散らばし、宇宙船を保護しました。

もう一つの例は、シリカセラミックから作られたスペースシャトルのタイルです。 これらのタイルは、熱絶縁材を提供し、損傷した場合に交換することができます。 彼らの設計は、詳細な熱フラックス計算と広範なテストに基づいていました。

  • 熱負荷推定
  • 物質的な選択およびテスト
  • 規格準拠
  • 試作開発
  • フライト検証