宇宙ミッションにおけるヒートシールドの修復への革新的なアプローチ

宇宙飛行における熱シールドの重要な役割

地球に戻り、別の惑星の大気に入ると、極端な熱ストレスに直面します。再入国中に、大気ガスによる摩擦は1,600°Cを超える温度を発生させます(2,900°F)。熱シールドは、このエネルギーを吸収し、普及させ、宇宙船の構造が燃えるのを防ぎます。 Apolloコマンドモジュール、スペースシャトルオービター、およびCuriosなどのマースローバーは、高度な熱保護システム(TPS)に依存していますが、このような損傷やマイクロドライブは、このような損傷や損傷を引き起こす可能性があります。

伝統修復方法: 宇宙歩道と手動パッチ

歴史的に、ヒートシールド修理の主なアプローチは、余分な行動活動(EVA) - 宇宙歩道を巻きます。アストロノウツは、破損したセクションをカットし、接着剤パッチを適用したり、事前調整された交換タイルを取り付けるハンドツールを使用します。例えば、スペースシャトルのミッション中に、アストロノウツは、オルビターブームセンサーシステムを使用して徹底的な検査を行い、必要に応じて、コロンビア災害後に開発されたタイル修理技術を実行します。これらの方法は、耐酸素性または過度の障害物を含むが、証拠が認められている間、EVA-Farveti-F-Far-Far-Far-Fars-Fars-Fars-Fars-Fars-Fars-Fars-Fars-Fars-Fars-Fars-Fars-Fars-Fars-Fars-Fars-Fars-Fars-Fars-Fars-Fars-Fars-Fars-Fars-Fars-Fars-Fars-Fars-Fars-Fars-F

宇宙ウォークのアプローチの制限

安全リスク:]]宇宙歩道は、スーツのパンク、エンタングメント、または疲労の可能性を備えた、人間の宇宙飛行の中で最も高いリスク活動です。
ツール制約:]アストロノウトは、限られた一連のツールと修理材料を運ぶことができます。複雑な修理は、駅で使用できない特殊な機器を必要とする場合があります。
Time Pressure:]] - EVAの持続期間は、通常6〜8時間に制限され、月面着陸器のような宇宙船で広範な損傷修理が不十分です。
アクセシビリティ:] 車両の下部のような一部の熱シールド領域は、専用のモビリティ補助なしで到達することが困難である可能性があります。

革新的なアプローチ:オートメーションと先進材料を組み合わせる

こうした制約を克服するために、NASA、ESA、SpaceXなどの民間企業は、次世代の修理技術に投資しています。2つの主要な方向は、ロボット修復システムと自己治癒材料です。それらが、軌道上の熱保護を維持する方法とそれを超えるパラダイムシフトを約束します。

ロボット修理システム

ロボットプラットフォームは、機械ビジョン、力フィードバック、およびデキステラスマニピュレーターが装備されているため、人間の存在なしで検査と修理を実行できます。ロボナツプログラムと欧州宇宙庁のSpaceHopperは例です。ロボティック修復システムは、最初にカメラ、LIDAR、または熱センサーを使用して熱シールドを調べて、亀裂、剥離、または欠落したタイルを検出します。その後、修復材料のオンボード供給を使用して、例えば、ブレーバート、セラミック-マトリックス複合材料、または自動修理されたロボット[F]を自動制御する。

ロボティック修復の主な利点

巻き上げリスク:] 放射線や真空への暴露はなし。
24/7 動作:]] ロボットは、EVAに必要な時間の分数で修理を行う、クロックの周りに動作させることができます。
精密:]] ロボットは、空力および熱性能を維持するために重要な、サブミリの精度でパッチを配置します。
[] モジュラーアップグレード:[]] 修理ツールは、異なる損傷タイプや材料のために交換することができます。

最近のデモには、シミュレーションされたスペース条件下でセラミックスベースの修理ペーストを塗布するロボットアームを使用して、ESA主導のプロジェクトが含まれています。ロボットは、人工損傷後にテスト記事の熱保護を正常に復元しました。

自己治癒材料

外部介入、自己治癒材料に頼るより Rathereo は、微小な亀裂とパンクを自律的に行なわれます。これらの材料は、マイクロカプセルまたは血管ネットワークを組み入れ、治癒剤(例えば、樹脂またはセラミック前駆体)で満たされた。亀裂伝播が、カプセルの破裂、治癒剤はギャップに流れ、触媒は修理をセットします。ヒートシールド用途に、Ns [F] は、マイクロメートルの分解とマイクロクレンジングを防止するために、NAS [F] は、単一のマイクロクローラーを修復する必要があります。

空間における自己治癒の仕組み

複合体は、シリコン系液体ポリマーを含むマイクロスフィアで埋め込まれたカーボンシリコンカーバイドマトリックス(C/SiC)で構成されています。衝撃、球面の破損、ポリマーが割れにくっついてきます。高表面温度(>400°C)は、ポリマーを固体セラミックに変換し、効果的にギャップを差し込む化学反応をトリガーします。このプロセスは、材料が別の場所に損傷した場合、複数の回を繰り返すことができます。主な制限は、外傷剤のみが、より小さい(mm)の透過性を要求するということです。

四ツで添加剤製造

もう一つの有望なアプローチは、代替タイルやパッチを直接オン軌道に製造するために、添加剤製造(3D印刷)の使用です。 []]NASAは、スペース技術[]をすでに実証してきました。ポリマーと複合部品を国際宇宙ステーションに搭載しています。これを高温度に拡張することは困難ですが、モバイルロボット3Dプリンタは、損傷した領域にセラミックスを突き出し、そして、それを修復することができます。太陽エネルギーは、または直接修復する。

未来の方向:長期にわたるミッションのための統合修復システム

究極のビジョンは、完全に自動修理エコシステム船上宇宙船です。小さな検査ドローンの艦隊は、継続的に熱シールドをスキャンします。欠陥が見つかった場合、より大きな修理ボットがサイトに移動し、損傷がマイナーである場合、または欠陥がより大きい場合は、新しいタイルを印刷する、または、自動制御AIによってオーバーセンシングされるであろう。プロセス全体がミッションコントロールAIによって終わるであろうと、高レベルのエスカレーションのみが、乗用車または船員の指示にのみ、または自動メンテナンスを行う。

主要技術

先端センサー:[]] 露出した眼に見えないサブサーフェスの亀裂を検出するハイパースペクトルイメージングと透視。
高-温度接着剤:[ 真空で硬化し、1500°Cに接合強度を維持するホウ素系または無水ケイ酸塩化合物。
エネルギー貯蔵:] 長命電池または調整された電源なので、修理ロボットは充電なしで時間のために動作させることができます。
[]放射線硬化電子:[ 隙間なく空間環境を生き生き残る信頼性の高いコントローラー。

残っている課題

迅速な進捗にもかかわらず、いくつかのハードルは、主張します。ロボティックシステムは、人間評価された宇宙船、高価で時間のかかるプロセスのために認定されなければなりません。自己治癒材料は、有効性を失うことなく、熱循環と紫外線にさらされる何年も生き残ることができることを証明しなければなりません。そして、修復材料を格納する物流 - 限られた棚寿命を持っているかもしれない - オン軌道と長期間航海中に両方を管理する必要があります。さらに、任意の修復システムは、あらゆる作業を過度または質量を追加したり、スペースをプロファイリングするために必要としません。

宇宙産業のメリット

革新的な修理アプローチを巧みに実施すると、有形利点が得られる:

ミッションの安全性の強化:[]) 迅速で信頼性の高い修理により、大惨事TPSの故障の確率が低下します。
] コストが低い:[] は、フェーアー・エヴァスがトレーニング、消耗品、リスク軽減オーバーヘッドを削減することを意味します。
拡張サービスライフ:[]]] 、直流修理機能を備えた宇宙船は、必要に応じて複数の再エントリを有効にして、中途を修復することができます。
[]新目的地への拡張性:[ 月のゲートウェイ、マーズオービター、惑星のランダーは、自律的なTPSメンテナンスの恩恵を受けるためにすべてのスタンド。
[] フォア・ターンアラウンド: 自己修復が可能なハビタットとオービターは、ミッション間のダウンタイムが少なく、システム全体のユーティリティが増加します。

コンテンツ

人類が太陽系に深く押し込まれるにつれて、宇宙における熱シールドを維持できる能力は、単なる利便性ではなく、必然性になります。宇宙ウォークによる伝統的な手動修理は、長期にわたるミッションのためにあまりにも危険でリソースの制約があります。ロボティック修復システム、自己治癒材料、およびin-situ添加剤製造は、将来の課題に対処するためのツールのコンピーリングスイートを提供します。今後、NASAやEなどの代理店によるこれらの技術の継続的な投資は、私たちにとって、より安全なロボットや、そして、より安全なロボットが、より安全な作業場となるでしょう。