SISTEMUL DE PROTECTIE TERMICA AL UNEINAVETE SPATIALESistemul de
protectie termica al unei navete spatiale are rolul de a o proteja
la reintrarea in atmosfera unde temperatura poate ajunge si la
1650C (mult peste temperatura de topire a otelului) dar si la
desele fluctuatii de temperatura in timp ce se afla pe orbita. Este
acoperita intreaga suprafata si consista din mai multe materiale
diferite in locatii variabile
Carbon-carbon ranforsat folosit in invelisul botului si
bordurile de atac ale aripilor. Devine util cand temperatura de
reintrare in atmosfera depaseste 1260C . Placi izolante
reutilizabile de inalta temperatura folosite pe suprafata navetei,
in locurile critice. Sunt fabricate din ceramica cu particule de
siliciu, putand fi reutilizate pentru peste 100 de misiuni. Paturi
flexibile izolatoare-consta intr-un material asemanator unei
paturi, captusite astfel incat sa furnizeze o buna izolare in
zonele unde temperatura nu depaseste 649C. Fiecare sistem de
termoizolare rezista la o anumita temperatura, are o anumita
rezistenta la impact si anumite caracteristici de greutate, care
determina locatia si cantitatea unde sunt folosite. Sistemele de
termoizolare moderne de pe naveta spatiala au 3 caracteristici
cheie care le deosebesc de cele folosite in versiunile anterioare
de navete: o Refolosibil. Primele navete spatiale foloseau niste
scuturi termice ablative care ardeau in timpul intrarii in
atmosfera deci nu puteau fi refolosite.
Usor. Scuturile termice ablative de generatie veche erau foarte
grele. De exemplu scutul termic folosit pe modulul de comanda
Apollo cantarea cam 1/3 din greutatea totala. Naveta cu aripi are o
suprafata mult mai mare de acoperit, deci descoperirea unui sistem
de protectie termica usor a fost cruciala. Fragil. Singura
tehnologie cunoscuta in anii 70 cu caracteristicile termice si de
greutate necesare era atat de fragila datorita densitatii foarte
mici incat puteau fi zdrobite cu usurinta in mana.
DE CE ESTE NECESAR SISTEMUL DE PROTECTIE TERMICA?Structura de
aluminiu a navetei nu poate rezista la temperaturi de peste 175C
fara sa cedeze. Frecarea rezultata in timpul intrarii in atmosfera
ar genera temperaturi mult mai mari, deci un izolator eficient este
absolut necesar. Caldura rezultata la intrarea in atmosfera a
navetei spatiale este mult mai mare decat cea rezultata in urma
frecarii cu aerul atmosferic in cazul deplasarii la viteze mari ale
avioanelor supersonice. Naveta patrunde in atmosfera ca un corp
normal, avand un unghi de atac de 40 de grade, mare parte a
portiunii de sub naveta preluand tot socul termic.
Peste 80% din caldura generata de reintrarea in atmosfera este
data de comprimarea aerului in fata vehiculului hipersonic, in
concordanta cu relatia termodinamica de baza dintre presiune si
temperatura. O unda de soc fierbinte este creata in fata navetei,
care reflecta o mare parte a caldurii, evitand astfel ca suprafata
vehiculului sa intre in contact cu temperaturile extreme generate.
Deci, caldura generata la intrare este in mare parte transfer de
caldura convectiv dintre unda de soc si invelisul navei prin plasma
supraincalzita. Solutia pentru un scut termic reutilizabil este un
material cu o densitate foarte scazuta, similar cu un termos care
inhiba transferul de caldura convectiv.
Testarea sistemului de protectie termica in tunel aerodinamic,
la temperatura inalta
ACCIDENTUL NAVETEI COLUMBIAPe 1 februarie 2003, naveta spatiala
Columbia a fost distrusa la intrarea in atmosfera datorita
defectarii sistemului de protectie termica. Investigatiile au
raportat desprinderea unor placi de pe bordul de atac de pe aripa
stanga, ceea ce a permis gazelor fierbinti sa patrunda la structura
de rezistenta a aripii si sa o dezintegreze ceea ce a dus la
pierderea controlului si in final la distrugerea navetei.
