当伽利略号探测器在1995年12月进入木星大气层时,它所经历的温度是太阳表面的两倍,因此需要碳酚屏蔽物来保护其载板有效载荷免受高温的影响。自那次任务以来,NASA再没有发射过需要防止如此极端高温的航天器。然而,最近,美国国家研究委员会行星科学十年调查建议NASA考虑到金星和土星的原位科学任务,作为新前沿竞争任务集的高优先级。为了到达这些行星的表面,任务将需要能够承受非常极端的进入环境的防热罩,但不像以前使用的碳酚醛防热罩那么重。
为了满足这一需求,NASA及其行业合作伙伴正在开发一种创新的方法,利用商用编织技术设计和制造烧蚀热保护系统(TPS)材料系列。这种被称为极端进入环境隔热技术(HEEET)的新方法利用了三维(3d)编织的方法来制造由碳复合材料制成的飞机部件。为了制造出具有所需性能的TPS材料,需要将不同成分的纤维和不同密度的纱线精确地放置在三维结构中。三维编织通过将编织材料在第三个方向上相互连接,扩展了传统的二维(2d)编织,使制造出的材料比传统的二维编织材料更能适应进入环境。然后在面板上注入树脂并固化以固定纤维。HEEET项目使用先进的建模、设计和制造工具来优化组织,以提高整体性能,并制造了一系列新的TPS材料,并对它们进行了各种进入条件的测试。
根据任务设计,进入时的峰值热流可达到约10,000 W/cm2金星和土星的压力峰值可达1000千帕。HEEET目前的设计可以承受这些条件,同时提供的质量效率远远优于遗留任务中用于TPS的传统碳酚醛材料。除了提供热保护,三维编织还增加了TPS材料的机械鲁棒性。
HEEET团队目前正在支持多个新前沿项目的提案,预计2016年底新前沿项目将发布机会公告。计划要求HEEET项目在关键决策点b(导致任务生命周期中项目开始初步设计和完成所需技术开发的阶段的决策关口)之前很久成熟并交付技术,以注入选定的任务。2015年,HEEET项目取得了一系列里程碑式的成就,包括展示了一种具有代表性的HEEET瓷砖(球形鼻盖)的成型和树脂灌注能力。此外,该项目还成功完成了一系列电弧喷射测试,以支持材料响应模型的开发和接缝设计。该测试允许该项目改进其材料响应模型,以支持TPS上浆,并缩小缝设计交易空间。
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