모듈 열 방패는 Enable Easier 정비 및 보충을 디자인합니다

전통적인 열 방패 정비의 도전

열 방패는 열 환경에 극한 열 환경을 살아야 하는 어떤 차량든지를 위한 긴요한 성분, 대기 중력 비행을 지속했습니다. 십년간 동안, 단청 열 방패 - 단 하나, 지속적인 구조 - 이브는 표준 해결책이었습니다. 믿을 수 있는 열 보호를 제공하더라도, 그들은 뜻깊은 정비 장애물을 선물합니다. 손상의 단 하나 점은 수시로 전체 방패의 제거 그리고 보충을, 주 및 비용 수백만을 가지고 갈 수 있는 과정 강화하고 있습니다. 이 inefficiency는 특히 우주선의 급속한 발전을 위한 실제적인 접근 가능한 열 방안입니다.

모듈 열 방패는 무엇입니까?

모듈형 열 차폐는 열 보호 시스템 (TPS)을 분리하는 섹션, 패널, 또는 타일로 분리하여 분리되어 제거되고 교체 할 수 있습니다. 모놀리식 전제와 달리, 이 디자인은 주변 열 보호에 방해하지 않고 특정 영역을 액세스 할 수 있습니다. 각 모듈은 조립 할 때 연속 보호 장벽을 형성하는 기계 패스너 또는 접착제 보닛을 통해 상호 잠금 또는 부착하도록 설계됩니다. 개념은 완전히 새로운 - NASA의 우주선은 수천 가지의 설계로 설계되었으므로, 이러한 유형의 열 보호 시스템의 설계가 매우 향상된 열 보호 시스템입니다.

현대 모듈 시스템의 주요 특성

Standardized Interfaces: Modules 사용 일관성 있는 첨부점과 공차를 사용하여 신속한 스왑을 가능하게 합니다.
내부 열 영역: 각 패널은 특정 열 플럭스, 압력 및 그 위치에 깎는 부하에 최적화 될 수 있습니다.
사용 가능한 부착 메커니즘: 기계식 래치, 베이넷 피팅, 또는 재사용 가능한 접착제 패드는 비파괴 제거를 허용한다.
Integrated Sensing: 일부 모듈은 실시간 건강 모니터링을 위한 온도와 스트레인 센서를 내장했습니다.

이 디자인 철학은 모듈형 전자 및 자동차 바디 패널에서 크게 빌릴 만, 훨씬 더 극단적 인 조건으로 계속해야합니다 : 1,600 °C, 높은 동적 압력 및 신속한 열 순환을 초과하는 온도.

Monolithic Shields에 모듈 디자인의 장점

모듈형 열 차폐의 이점은 편익을 넘어 멀리 확장합니다. 그들은 근본적으로 열 보호 정비의 경제 그리고 근수를 바꾸.

Easier 유지 보수 및 감소 다운 타임

단일 리테일 방패로, 일반적으로 전체 구조를 대체해야 하는 작은 균열 또는 탈라미네이션조차도 교체할 수 있습니다. 모듈형 시스템에서 손상된 타일 또는 패널은 몇 주 이내에 시간을 교환할 수 있습니다. 예를 들어, SpaceX 드래곤 캡슐은 각 임무 후에 전체 교체를 필요로 하는 단일 리테일 PICA-X 열 방패를 사용합니다. 대조적으로, 다가오는 Starship 디자인은 모듈형 스테인리스 및 세라믹 타일을 통합하여 개별적으로 대체할 수 있습니다. 이 극적으로 차량 가동 중단 및 실행을 감소시킵니다.

비용 효과적인 수리 및 더 낮은 예비 재고

단일 모듈을 대체하는 것은 전체 차폐를 대체하는 분수를 비용 절감합니다. 또한 모듈 시스템은 여러 위치를 맞추고 다양한 부품을 필요로하는 다양한 부품을 줄일 수 있는 표준화 된 예비 타일을 재고할 수 있습니다. 예를 들어 Space Shuttle 프로그램은 수천 개의 위치에 고유 한 타일 모양을 재고해야 합니다. 현대 모듈 시스템은 몇 타일 지오메트리를 사용하며, 종종 공급 체인을 단순화하고 재고 비용을 삭감하는 두 가지 또는 세 가지 기본 모양을 사용합니다.

향상된 검사 및 비파괴 평가

초음파 검사, 열량, 또는 엑스레이에 의하여 computed tomography 같이 기술을 사용하여 개인 단위는 제거되고 검사될 수 있습니다. 이것은 앉히기에서 큰 monolithic 방패를 검열하기 위하여 시도하는 것보다 훨씬 효과적입니다, 접근 및 기하학 한계 검사 깊이. 루시 검사는 간단한 잡아당기기, 시험 및 제거 과정, 잡는 마이크로 균열 및 물자 degradation를 비판하기 전에.

Flexibility 및 현지 최적화

각 단위는 그것의 특정한 열 및 기계적인 환경을 위해 tailored 일 수 있습니다. Nose 콘 패널은 leeward 패널이 점화기 ablative 물자를 사용할 수 있던 동안 매우 고열 세라믹을 사용할지도 모릅니다. 이 표적으로 한 접근은 전체 방패를 극복하고 엔지니어가 전체 열 보호 체계를 재설계 없이 다른 물자 조합으로 실험할 수 있습니다.

모듈 열 보호장치가 수리 프로세스를 개선하는 방법

모듈은 주요 엔지니어링 작업에서 일상 유지 보수 작업으로 수리를 변형시킵니다. 전형적인 수리 시나리오에서 기술자는 손상된 모듈을 식별하기 위해 지루한 또는 카메라 드론을 사용합니다. 모듈은 특정 첨부 메커니즘을 사용하여 제거되지 않고 간단한 6각형 드라이브 또는 1/4 회전 래치를 유지합니다. 교체 모듈, 사전 인증 및 기후 제어 용기에 저장되어 위치로 들어서 위치로 고정되어 장소에 잠겨 있습니다. 전체 작업은 단일 패널의 경우 완료 될 수 있습니다.

이 과정은 궤도 차량에 특히 귀중합니다. 예를 들어, 열 보호 수리는 우주선 도중 우주선에 의해 수행되었지만, 모듈 시스템은 더 간단한 로봇 교체를 허용 할 수 있습니다. 달 또는 Mars 임무의 경우, 승무원 시간은 귀중하고, 열 방패 패널의 쉬운 교체는 성공적인 임무와 중요한 실패의 차이를 의미 할 수 있습니다.

응용 분야 항공 우주 및 Beyond

우주선은 가장 눈에 보이는 응용 분야이지만, 모듈형 열 방패는 고속 항공기, 산업용 로 및 고소성 미사일에서 사용중인 것으로 나타났습니다.

우주선과 재난 차량

보잉 스타 라이너와 용의 승무원 버전과 같은 재사용 가능한 공간 캡슐은 모듈 TPS 디자인을 탐구하고 있습니다. NASA의 Orion 우주선은 모놀리식 AVCOAT 열 방패를 기본 임무에 사용하지만, 연구는 모듈 식 대안을 위해 나중에 비행 비용을 줄이기 위해 진행 중입니다. 유럽 우주국의 우주 라이더 프로그램은 셔틀과 유사한 모듈 식 세라믹 타일 TPS와 재사용 가능한 궤도 차량을 개발하고 있지만 현대 부착 시스템과 함께.

예: NASA Heat Shield Research] 페이지 세부 사항 향후 Mars Landers에 대한 모듈 식 열 보호에 대한 지속적인 작업, 대기 밀도가 적응 TPS 구성을 필요로.

Hypersonic 항공기 및 미사일

SR-72(conceptual) 또는 hypersonic cruise missiles 경험의 고속 차량은 장시간 내구를 위한 극단적인 열 짐을 경험합니다. 모듈 패널은 임무 단면도에 따라서 TPS의 빠른 재구성을 허용하고, 손상된 패널은 서비스의 전체 차량에게 가지고 가 없이 대체될 수 있습니다. U.S. Defense의 부는 차세대 hypersonic 체계를 위한 모듈 세라믹 모체 합성 패널에서 투자했습니다.

산업 고열 신청

외부 항공 우주, 모듈 열 방패는 로, 킬른 및 플라스마 토치에서 사용됩니다. 예를 들어, 유리 강화 오븐은 종종 손상 될 때 개별적으로 교체 될 수있는 세라믹 패널을 차단하는 데 사용됩니다. 동일한 원칙은 다음과 같습니다. 감소 된 가동 시간, 더 낮은 비용 및 더 쉬운 검사. 항공 우주에서 아이디어의 교차 오염은 성장 추세입니다.

미래 개발 및 Ongoing 연구

모듈형 열 차폐의 미래는 3개의 핵심 영역에서 있습니다: 고급 재료, 스마트 부착 및 사내 제조.

고급 재료

연구자들은 현재 재료보다 가볍고 단단하며 산화성이 강한 새로운 세라믹 매트릭스 복합체 (CMC)를 개발하고 있습니다. 실리콘 카바이드 섬유 강화 실리콘 카바이드 (SiC / SiC) 복합체는 전통적인 탄소 탄소 탄소 복합체보다 높은 온도에서 작동 할 수 있습니다. 이 재료는 별도의 금속 패스너의 필요를 줄이기 위해 필수적인 부착점으로 정밀 모듈형 모양으로 성형 될 수 있습니다.

스마트 부착 시스템

기계식 잠그개는 공구가 없는, 로봇식 교체를 허용하는 자석 정전기 부착 기계장치에 의해 대체됩니다. 이것은 인간적인 노동이 무서운 인 cislunar 근수를 위해 특히 중요합니다. 로봇식 팔은 이론에서 손상된 열 방패 도와를 자율적으로 교환할 수 있었습니다, 기계 시각 및 열 감지기에 의해 인도해.

In-Space 첨가제 제조

또 다른 국경은 궤도 또는 다른 행성 표면에 있는 보충 단위 제조입니다. 국부적으로 regolith 또는 재생한 물자, 미래 습관 및 차량과 3D 인쇄를 사용하여 수요에 여분 열 방패 도와를 일으킬 수 있었습니다. NASA의 에서 Situ 자원 이용] 연구는 Mars 임무를 위한 이 아주 개념을 탐구합니다.