NASA испытывает тепловой щит для космических аппаратов

Так как пилотируемые аппараты для космических и планетарных миссий становятся крупнее в размерах, крупнее в размерах становятся и их тепловые щиты.   Чтобы предотвратить увеличение этих щитов до совсем уж немыслимых размеров, Научно-исследовательский центр им. Эймса (NASA, США) ведет в настоящий момент разработку теплового щита ADEPT (адаптивная развертываемая технологии входа в атмосферу), состоящего из тканей углеродного волокна и способного складываться как зонтик. Этот тканевый щит недавно прошел испытания по симуляции входа в марсианскую атмосферу.

Сейчас для теплового экранирования космических аппаратов применяются фенопласты. Так как тепловому щиту приходится нагреваться до очень высоких температур, со временем слои этих фенопластов выгорают, но защищают при этом сам космический аппарат. Благодаря своей форме тепловые щиты также служат и в качестве своеобразной тормозной системы космических аппаратов со сверхзвуковых скоростей.

Система достаточно эффективна, однако такие щиты очень тяжелые и неудобные. Кроме того, свою максимальную эффективность они показывают только тогда, когда космический аппарат уже находится в атмосфере. И если не использовать специальные траектории входа в атмосферу, они способны создавать перегрузки вплоть до 450 G. А так как человеческий организм способен переносить нагрузку только в 10 G, то фенопластовые тепловые щиты в некоторых случаях кажутся далеко не идеальным решением.

Еще одна проблема с твердыми щитами заключается в том, что с увеличением размера космического аппарата требуется создание и более крупного теплового щита. Это в свою очередь серьезно усложняет задачу расположения таких щитов внутри использующихся сейчас и запланированных ракетах-носителях. Помимо этого, стоимость производства таких щитов крайне высока, и при этом, в зависимости от формы самого космического аппарата, возникают сложности при разработке щита правильной геометрии.

Находясь, по сути, в разработке еще с 1970-х годов, но прошедшая с тех времен множество изменений, система ADEPT предназначена для замены твердых пластиковых щитов тепловой защитой из тканевого углеродного волокна. Во время запуска такой щит находится в сложенном состоянии, а при необходимости раскрывается. В NASA отмечают, что, несмотря на то что этот щит тоньше и легче пластиковой версии, он сможет эффективно защитить космический аппарат при входе в атмосферу и уберечь его корпус от воздействия накапливающегося тепла.

Еще одно преимущество ADEPT перед традиционными тепловыми экранами заключается в его легковесном дизайне, благодаря которому он эффективен даже на более высотных значениях и способен выдерживать вход в атмосферу при меньшем угле. Помимо этого, ADEPT меньше нагревается при входе в атмосферу и создает меньше тормозной силы, ограничивая ее 30 G, что в свою очередь вызывает меньшую вибрацию и исключает необходимость в использовании сверхзвукового парашюта. А конструкция ADEPT такова, что после приземления щит можно использовать в качестве своеобразного тента (навеса).

Текущая версия концепта щита способна выдерживать полезную нагрузку до 1000 кг. Сейчас инженеры из Центра им. Эймса проводят испытания щита и его возможностей выдерживать нагрузку при вибрации, выясняют его акустические особенности, а также проводят температурные испытания в вакууме.

Самым же зрелищным испытанием была проверка его термоустойчивости. Раскрытый 2-метровый щит ADEPT, подключенный к системе жидкостного охлаждения, установили перед тестовым 53-сантиметровым сопло. Во время испытания температура на поверхности щита достигла 1700 градусов Цельсия.

В NASA говорят, что новые испытания, как наземные, так и полетные, уже запланированы. Окончательный же вариант нового щита может быть готов к использованию в рамках посадки космического аппарата на Венере, запланированный на 2017 год, и, кто знает, возможно, для пилотируемых миссий на Марс где-то к 2035 году. Помимо этого, щит можно будет использовать в миссиях по доставке грузов в космос, а также в рамках программ по исследованию Сатурна, Урана и Нептуна, которые также находятся в планах американского аэрокосмического агентства.