Baldosas térmicas del transbordador espacial: más de 2000 grados en tus manos sin guantes

Vehículos espaciales que entran a la atmósfera planetaria como hacían los trasbordadores espaciales requieren el uso de un sistema de protección térmico (TPS) para protegerlos de calentamiento aerodinámico

El calentamiento aerodinámico es generado en la superficie de un objeto durante su entrada debido a al combinación de la compresión y la fricción del gas atmosférico.

La configuración del vehículo y la trayectoria de entrada en combinación con el tipo del sistema de protección térmico usado define la distribución de la temperatura del vehículo.

El trasbordador espacial presenta un sistema de (TPS) basado en el uso de materiales de revestimiento con una gran capacidad térmica en combinación con un aislamiento térmico fundamental para evitar la conducción de calor al interior del vehículo. El calor desarrollado por el proceso de calentamiento aerodinámico es irradiado de vuelta al espacio debido a la alta temperatura de la superficie.

Las orillas delanteras de las alas y la tapa de la nariz son las regiones de temperatura más altas. Desde que existe variación de temperaturas el TPS seleccionado para el trasbordador esta compuesto de una variedad de materiales. La capacidad de temperatura de cada material, durabilidad, y peso determinan el uso y aplicación en el vehículo.

El mejoramiento de estos materiales ha sido el tema de varias investigaciones como el mejoramiento de la capacidad del material (y o, más durabilidad, mayor capacidad de temperatura, mejo resistencia al choque termal y menor conductividad termal ) mejora el material de protección termal y mejorar el funcionamiento del vehículo. Las capacidades futuras de los vehículos de reingreso dependerán de la calidad de TPS que se desarrolle y que este disponible para ellos.

El desarrollo de TPS en el Centro de Investigación NASA Ames son las Cerámicas de Ultra Alta Temperatura (UHTC). Las Cerámicas de Ultra Alta Temperatura son materiales de la familia de cerámicas con temperaturas extremadamente altas de fusión, con buena resistencia de oxidación en el tipo de ambiente como reingreso, y una buena resistencia de choque térmico para una cerámica monolítica.

Estos materiales muestran un potencial para usarlos como refrigerantes pasivos en los bordes afilados de los futuros vehículos de reingreso. Estos bordes afilados ofrecen ventajas en rendimiento aerodinámico sobre los actuales bordes desafilados y la seguridad de la tripulación. Ames esta desarrollándolos materiales UHTC para usarlos en la aplicación de los borde afilados. Los materiales que se están investigando incluyen compuestos dentro de otras composiciones HfB2/SiC y ZrB2/SiC.

Trabajos recientes han incluido experimentos de vuelo basados en el suelo de arc jet junto con los experimentos de vuelo de SHARP B1 y SHARP B2. Trabajo futuro incluye el mejoramiento de propiedades térmicas y mecánicas de materiales y desarrollo de diseños de acoplamiento.

NASA