曼彻斯特大学的一名博士生开发了一种用于航天器的柔性隔热板原型,这种材料可以降低太空旅行的成本,甚至有助于未来前往火星的太空任务。
隔热层基本上是用来作为刹车,防止飞船在进入和重新进入行星大气层时燃烧和坠毁。这种设计是世界上第一个利用离心力使轻质材料变硬以防止燃耗的设计。
目前的航天器隔热罩方法包括巨大的充气装置和机械部署的结构,这些结构通常很重,使用起来也很复杂。
来自曼彻斯特大学机械、航空航天和土木工程学院的Wu Rui表示,除了设计上的轻量化,原型机还具有“自我调节”能力。这意味着不需要任何额外的机械装置,从而进一步减轻了航天器的重量,并允许低成本的科学研究和火箭部件的回收。
他说:“用于未来任务的航天器必须比以前更大更重,这意味着热盾将变得越来越大,难以管理。”
为了满足这一需求,Wu和他的团队开发了一种柔性隔热罩,形状像裙子,像梧桐树种子一样旋转。有大气层的行星,如地球和火星,允许航天器利用空气动力学拖减速,原型机的设计就是利用这个来进入大气层。
(图片来源:曼彻斯特大学)
“这类似于跳板跳水,在你到达泳池底部之前,水的阻力会使你的身体减速,”吴解释道。
快速进入地球大气层会产生超过10,000˚C的热量,航天器周围的空气会燃烧成等离子体。为了安全进入大气层,航天器需要一个能承受高热量的前端或护罩,以及一个能产生阻力的气动形状。然而,与地球不同的是,火星的大气层非常稀薄。
“如果重返地球就像一头扎进蜂蜜,那么进入火星就像一头扎进水里,”吴说。
为了携带重型设备和宇航员,需要一个高阻力区。当进入地球或火星的大气层时,航天器需要高度设计的防护罩以避免燃耗,产生阻力,并承受沉重的负载。吴的设计可能解决了这两个问题。
(图片来源:曼彻斯特大学)
该原型机由一种柔性材料制成,便于在飞机上存储宇宙飞船.这种材料可折叠,强度高,耐高温。防护罩也被缝在一个特殊的图案上,使它在飞行中旋转,诱导离心力.
吴认为他的设计有助于未来的太空科学研究和救援任务。他补充说:“越来越多的研究在太空进行,但这通常非常昂贵,设备必须与其他交通工具共享。
“由于这种原型机重量轻,足够灵活,可以在较小的卫星上使用,研究可能会变得更容易和更便宜。隔热板还有助于节省回收任务的成本,因为它的高诱导阻力减少了重返大气层时的燃料燃烧量。”
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