Yakın Dünya yörüngesine kadar uzanan bir ortam giderek daha fazla sıkışıp kaldı, milyonlarca uzay enkazı – sadece roket aşamalarını, çarpışma parçalarını geçirdi ve hatta kayıp araçları – gezegeni ikinci olarak yukarı 7.5 kilometreye kadar uzanan hızlarda sarsmak için tasarlanmıştı, şimdi de hiperveloziğin tüm uzay mühendislerinin ve uzaysal sistemlerin güvenli bir şekilde etkisine karşı doğrudan ve eskalize etme tehdidi ortaya koymak zorunda kaldı.

Debris Etkisinin Isı Shields

Uzay enkazı tehlikeli olmak için büyük olmamalıdır. 10 km /s'te seyahat eden 1 santimetre alüminyum alan, küçük bir el grenade ile karşılaştırılabilir olan kinetik enerjidir.Böyle bir parçacık ısı kalkanı vurduğunda, kabarıklığa veya tam penetrasyona neden olabilir.

Tasarım meydan okuması, düşük Dünya yörüngesinde bir tek yük olayı değildir. Her olay, malzemenin yapısal bütünlüğü ve termal performansı, genellikle yok edici olmayan bir şekilde tespit edilmesi zor.

Hipervelocity Influence Mechanics

yörüngede ve konumlarda, etki, hipervelocity rejiminde meydana gelir, proje ve hedef tamamen sağlamlardan daha fazla akışkanlar gibi davranır. Upon temasa geçti, proje ve hedefin bir kısmı, hedef buharlı bir betondan yüksek basınçlı plazma oluşturmak, yüksek basınçlı bir betondan gelen bir malzeme yaratmak zorunda kalır - sönüllasyon olarak bilinen bir süreçtir.

Avrupa Uzay Ajansı raporları[Dönetici:0)[[Dönetici:0)[[Dörtüncü)) ve yaklaşık 36,500 parça 10 cm'den fazla toz takip edilir, ancak 1 mm ve 1 cm arasında milyonlarca küçük parçacığın hala kritik sistemlere zarar vermek için enerjik olduğunu.

Termal ve Mekanik Coupling

Debris hasarı izolasyonda mevcut değildir. Sıcaklık kalkanında bir çatlaklar veya crater, uzay aracının atmosfere girdiği zaman stres koncentratoru olarak hareket eder. Aerodinamik ısıtma, kusurların etrafındaki maddi yükün yüksek birleştirilmiş çevre testine neden olur.

Bazı durumlarda, ısı kalkanı kendisini görev sırasında bir enkaz kalkanı olarak hizmet etmelidir - yörüngedeki mikrometeoroidlerden gelen ücret yükü korumak - ve sonra yeniden tanım sırasında termal bir bariyer olarak performans gösterir.Bu çift rol hem de her iki rejim için de yeterince yumuşak olabilir.

Tasarım Challenges and Material Innovations

Geleneksel ısı kalkanı malzemeleri - uzay aracı üzerinde kullanılan karbon-karbon (RCC) ile desteklenen, ancak yörüngedeki kirli boşluklar ve kanat önde gelen kenarlar - başlangıçta yörüngedeki yıkım etkileri ile tasarlanmamış değildir. Uzay Servisinin termal koruma sistemi (TPS) ilk sipariş edilen bir tasarım sürücüsüne karşı hassastır.

Ablative Heat Shields ve Debris Resilience

Ablative malzemeler, Apollo kapsülünde kullanılanlar ve Orion uzay aracının termal koruma sistemi üzerinde daha yakın zamanda, nispeten iyi bir tolerans göstermiştir.Komşulama sırasında, malzeme, erir ve buharlaştırır, bir etkisi bir krater yaratırsa, ablacı süreç bazen bir makul bir gerileme oranını koruyabilir.

NASA'nın PICA (Phenolic Impregnated Carbon Ablator) ve birkaç milimetresi gibi, DFRC'nin Conformal PICA'nın, Ames Dikey Silah Aralığındaki hipervelocity etkilerine karşı test edildi. Sonuçlar, bu materyallerin başarısız olmadan orta etkileri hayatta kaldığını gösteriyor, ancak bu daha büyük parçalar – birkaç milimetreye neden oluyor – kritik hasara neden oluyor.

Seramik ve Mekanik-TPS Sistemleri

Uzay Servisi veya önümüzdeki Dream Chaser, seramik karolar ve battaniyeler standarttı. Bu malzemeler, yüksek seviyeli etkiler altında parçalanabilir ve yerelleştirilmiş takviyeler altında yüzlerce küçük etki olayı yaşadı.

Bir karotın tamamen yok edilmesi için, ısı kalkan marjlarının hesaplandığı şekilde yeniden şekillendirilmesi, mühendislerin tüm görev profili üzerindeki tam bir toz ortamı için hesaplanan küçük bir değerlendirme modeli benimsemeleri gerekir.

Columbia ve Daha sonra Dersler

Uzay Yardımı Columbia'nın 2003 yılında kaybı, ısı kalkanı tasarımı için bir seminal olaydı. birincil nedeni ascent sırasında köpük greviyken, soruşturma, yörüngenin termal koruma sisteminin yörüngede bile küçük bir yıkım etkisi olmadığını ortaya çıkardı. Yıllar içinde, tüm mürettebatlı uzay aracı - SpaceX'in Ejderhası dahil - Boeing'in Yıldızları ve NASA'nın Orion'u da dahil - Bu daha titiz bir yıkım tehdidi analizleri içeriyor.

A.D.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.

Spacecraft Heat Shields için Riskler

Malzeme geliştirmelerinin ötesinde, mühendisler, yıkım kaynaklı ısı kalkanı başarısızlığı riskini azaltmak için operasyonel ve tasarım stratejileri paketi geliştirdiler. Bu yaklaşımlar tüm görev yaşam döngüsüni, yörünge seçiminden yeniden tanımlayabilme yörünge planlamasını oluşturuyor.

Collision Kaçınma ve Debris Shielding

Büyük, manevralı uzay aracı gibi - Uluslararası Uzay İstasyonu gibi - manevralardan kaçınılması savunmanın ilk satırıdır.Veriler bir enkaz nesnesi ile yakın bir yaklaşımı gösterirken, istasyon yangınları yılda birkaç kez meydana gelir ve TPS ve diğer savunmasız sistemleri korumak için kritiktir.

Fırka koruma için ortak bir çözüm olan astronom Fred Whipple'nin adı altında, küçük parçalar ve enkazın bulutunu kırdığı zaman, bir ısı kalkanı tasarımları artık ana uzay aracının önünde kısa bir mesafe katıyor.Bir parçacık bumperyalist olarak arkasındaki ısı koruyucu tabakaları koruyor, daha büyük bir alana yayılmış ve penetrasyon olasılığını azaltır.

Aktif Debris Yokluğu ve Dava Politikaları

Şampu problemine uzun vadeli çözümler, yeni enkazın kaynağını azaltmak ve zaten orada olan şeyleri temizlemek için gerekli olan görevleri ve görevleri finanse ediyor (ADR) – kesim, de-veyabiting veya geri dönüşüm defunct uyduları.ADR hemen tehdit ortadan kaldırmayacak olsa da, gelecekteki ısı kalkan tasarımları için riskin büyümesini yavaşlatabilir.

Görev sonunda 25 yıl içinde uzay aracının de-veyabit'e ihtiyacı olan 25 yıllık kural dahil olmak üzere, aynı zamanda yardımcı oldu.The )United Nations Office for Half Space Jobs  Bu yönergeleri onayladı, ancak uyumluluk tutarsız kalır.

In-Situ Muayenesi ve Onarım

Mürettebatlı görevler için, yörüngede bir ısı kalkanı denetim ve onarım yeteneği büyüyen bir yetenektir. Uzay Yardımı Kanadalıları araştırmak için kullanılan ve benzer bir yaklaşım Orion kullanarak kameralar ve robot kolları için planlanmıştır. Bazı kavramlar, bir termal koruma derecesi geri yüklemesi için hasarlar uygulanabilir.

Bir Debris-Rich Çevresi için Future Heat Shield Technologies for a Debris-Rich Environment

Önümüzdeki gibi, araştırmacılar ısı kalkanlarını ısıtabilecek dönüştürücü teknolojileri araştırıyorlar, aynı zamanda termal performansı geliştirirken, bu yenilikler geleneksel ticaret-off'u etki direniş ve ağırlık arasında kırmayı hedefliyor.

Kendi kendine özgü malzemeler

Kendi kendine özgü polimerler ve kompozitler, tedavi aracı ile dolu mikrokapı veya damar ağları içerir. Bir çatlak veya penetrasyon oluştuğunda, kapsüller rupture ve ajan zarar alanına doğru ilerler, ısı koruyucuları için sağlam bir şekilde entegre edilebilir ve gelecekteki ısı kalkanlarının dış kaplamasını sağlamak için.

Nanomalzemeler ve Hierarchical Composites

Karbon nanotüpleri (CNTs) ve grafikte, çatlakları birleştirmeksizin hipervelocity etkisinin şokunu daha iyi absorbe edebilir, mikro ölçekli ve nano ölçekli takviyeleri birleştiren sinerjik bileşikleri güçlendirebilir. Örneğin, CNT-reinforced ablacılar, mikro-öldürülmeler kullanarak hipervelocity etkisini daha iyi absorbe edebilir.

A  [Dönetici:0]NASA Hypersonik Teknoloji Projesi[Dönetici: 1) Bu malzemeleri gelecekteki yeniden tanımlı araçlar ve gezegen giriş prototiplerinde kullanmak için araştırın.

Katkı İmalatı ve Özel Mimarlıklar

3D baskı, mühendislerin karmaşık soğutma kanalları ve göz ardışık yapılar oluşturmak için geleneksel yöntemlerle kumaşlamanın imkansız olduğu bir ısı kalkanı oluşturmalarına izin verir. Bu mimariler, aynı anda ısı akışını ve enerjiyi aynı anda yönetmeye yönelik olarak tasarlanabilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Uzay enkazı, hipervelocity etkileri için teorik bir nuisance'tan evrimleşmiştir. Sıcaklık kalkanı tasarımı için beton mühendisliği kısıtlamasına yol açan her uzay aracı, ancak gelecekteki ısı kalkanı artışları için daha derin bir şekilde tasarlanmamalıdır.