Программа SpaceX BFR реализует усовершенствованный тепловой экран звездолета с помощью НАСА

Nov 19, 2023

В соответствии с Соглашением о космосе, подписанным SpaceX и Исследовательским центром Эймса НАСА в июне 2018 года, частная компания начала работать с НАСА для приобретения некоторого базового опыта и извлеченных уроков с использованием материала тепловой защиты (теплового экрана), который в значительной степени является новым для SpaceX. .

Известный как TUFROC (сокращение от «Упрочненный цельный волокнистый армированный устойчивый к окислению композит»), материал, разработанный НАСА Эймсом, способен выдерживать температуры до 1700 C (~3100 F) и, очевидно, представляет интерес для следующего проекта SpaceX. Ракетная программа поколения BFR (Starship/Super Heavy), в частности тепловой экран Starship.

Насколько известно общественности, SpaceX никогда не пыталась производить или использовать технологию теплозащиты, подобную TUFROC. Подпадая под категорию термозащитных материалов, известных как композиты с керамической матрицей (КМК), TUFROC, по сути, представляет собой общий термин, который охватывает любую систему термозащиты, сочетающую в себе углеродную крышку, основу из диоксида кремния и покрытие из затвердевшего стекла для предотвращения окисления. В последние годы секретный космический самолет Boeing X-37B успешно продемонстрировал повторное использование TUFROC после входа на орбитальную скорость, подтвердив, что материал способен выживать в этих условиях, подвергаясь минимальной абляции или вообще не подвергаясь ей.

Контур остается примерно таким же, но основные материалы меняются: планер, баки и теплозащитный экран.

– Илон Маск (@elonmusk) 25 ноября 2018 г.

Подобно тому, как SpaceX позаимствовала разработанную НАСА технологию теплового экрана PICA (углеродный аблятор с фенольной пропиткой) и значительно улучшила ее для экономичного использования на Cargo (а вскоре и на Crew) Dragon, базовая концепция, лежащая в основе возможностей теплозащиты TUFROC, вероятно, пригодна так же, как и SpaceX. а также потенциальные улучшения в снижении затрат, простоте производства, механической прочности, характеристиках теплозащиты и многом другом.

В отличие от смертельно хрупкой углеродно-углеродной плитки, используемой на космическом корабле «Шаттл», одноименная технология TUFROC «Fibrous Reinforced» также делает ее значительно более устойчивой к воздействиям, связанным с силами, подобными тем, которые привели к катастрофе в Колумбии, сохраняя при этом впечатляющую термостойкость композита. НАСА уже классифицирует TUFROC как «недорогую» TPS, дополнительно указывая на то, что SpaceX может довольно легко значительно сократить стоимость производства.

Что неясно в этих многообещающих отношениях, так это то, как именно SpaceX предвидит, что TUFROC или его производная от теплозащитного экрана впишется в ее программу BFR. В настоящее время TPS был продемонстрирован только на X-37B как буквально крайний вариант, заменяющий более традиционную кварцевую плитку на передних кромках крыльев небольшого космического корабля, где нагрев при входе в атмосферу часто бывает самым сильным. Вполне возможно, что SpaceX заинтересована в TUFROC по тем же причинам – использовать его для покрытия переднего и заднего килей BFS/Starship и не более того.

Однако вполне возможно, что SpaceX надеется, что улучшенный TUFROC-X может оказаться жизнеспособным в качестве монолитного универсального теплозащитного материала для сверхтяжелого ускорителя BFR и верхней ступени звездолета. Вынужденность иметь дело с множеством различных материалов TPS неизбежно повышает сложность и стоимость данного космического корабля, поэтому возможность значительно сократить количество необходимых материалов может стать благом для Starship.

Соглашение НАСА и SpaceX о космосе можно найти здесь [PDF].

Чтобы получать оперативные обновления, обзоры с места событий и уникальные сведения о парке восстановления ракет SpaceX, ознакомьтесь с нашими новыми информационными бюллетенями LaunchPad и LandingZone!