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美国宇航局空间技术研究员研究新的挡风玻璃制造技术

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为航天器设计和制造防热保护系统(TPS)的新方法正在开发和测试中,提供制造更大瓦片尺寸的承诺,同时减少劳动力,成本和浪费。

佐治亚理工学院NASA空间技术研究员Adam Sidor。致谢:Adam Sidor

太空船的外表面形成了TPS(即防空罩),被称为“空壳”,并在车辆穿越行星大气层时提供保护。这项技术对确保任务成功至关重要。由于传统TPS材料的性质和较新的航天器的大尺寸,最近的防潮罩设计包括大量尺寸受限的单独安装的瓦片,一些具有应变隔离层并且瓦片之间的间隙被仔细填充。这是一个繁重而费时的过程。

简化创意
保形消融器是一种灵活的TPS。它们形成一个保护屏障,可以在加工过程中成形,采用航天器的形式,便于集成。这些障碍物在太空船进入大气层时会散发热量。

一个新的和简化的想法是通过封闭真空灌注加工生产保形消融器。保形TPS可以形成大段,并且直接结合到气囊外壳上,而在TPS瓦片和气囊壳结构之间没有中间应变层。这样做有潜力减轻航天器开发时间表,装配和预算的负担。

冒热!大气体上的进入,下降和着陆有效载荷需要特殊材料。正在研究制造和应用热保护系统(TPS)瓷砖的新技术可以节省资金,减少航天器时间表和装配时间。学分:美国宇航局埃姆斯研究中心的乔·布洛克

这项正在进行的工作由佐治亚理工学院的亚当·西多(Adam Sidor)率领,是2014年美国宇航局空间技术研究员班的成员。

美国宇航局空间技术研究奖学金(NSTRF)计划由该机构的空间技术任务理事会(STMD)资助。奖学金允许学生在其各自的校园和NASA中心和/或非营利的美国研究和开发实验室进行创造性的空间技术研究。

Sidor正在与美国宇航局艾姆斯研究中心的专家合作,利用他们在保形烧蚀材料方面的专业知识和当前使用成型和浸渍材料的加工方法 - 但是这种方法会导致大量废料树脂和溶剂。

VIP工艺
Sidor说:“这些保形消融器改进了先前的消蚀材料,并且更容易安装,以较低的成本减少加工浪费和劳动力。他补充说:“他们解决了更传统的消融材料固有的许多困难。

真空灌注加工(VIP)被选为适形消融的候选制造工艺。封闭成型使用密封 - 而不是开放的工具 - 来改善树脂渗透和控制挥发性化合物。

将热阻瓦应用于航天器的新方法使用真空灌注法。致谢:Adam Sidor

概念验证工作
VIP方法使用真空压力将树脂吸入纤维基材。像VIP这样封闭的成型工艺已经在复合材料行业内使用了多年。但是修改这种技术并将其应用于保形消融器是一种新颖的应用,Sidor解释说。 “我的VIP研究在减少浪费和成本方面改进了最先进的技术。他说,这是一个非常高效和易于实施的过程。

Sidor与美国宇航局艾姆斯研究中心的TPS专家合作,展示了小规模的VIP技术。接下来,这个过程将被放大,以产生更大的TPS部分,他说。

Sidor指出,这个关于VIP流程的概念验证工作已经取得了令人鼓舞的结果。 “我的计划是扩大TPS尺寸,做更复杂的几何形状,实际上就像真正的耐热瓷砖。”

自动化方法
由于NSTRF资助的努力,Sidor在佐治亚理工学院的调查也专注于计算工作,以开发一种自动化的方法来设计适形的防热罩。 “Sodor说,”把这种方法应用到计算机代码中来模拟一个非常复杂的过程,那么你就可以把制造设计吐出来,真正做出你的挡风玻璃。

图描绘了真空灌注处理(VIP)实验装置。积分:Adam Sidor

Sidor说他希望这项工作足够普遍和广泛,足以应用于许多不同的TPS材料和太空任务。他认为他的研究正在应用于未来的火星着陆器,以及潜入木星月球大气层的机器人航天器,以及那些探测土星的神秘月亮泰坦的探测器。

“我真的很喜欢这个NSTRF工作的实验性方面。我所在地区的研究生并不总是这样做。我很幸运,亲自动手做实验,弄脏我的手。所以这很有趣,“Sidor总结道。

来源:美国国家航空航天局

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