Компания Radian Aerospace представляет материал для космических аппаратов нового поколения «Dur-E-Therm», способный выдерживать одноступенчатые полеты на орбиту

Аэрокосмический и оборонный подрядчик Radian Aerospace, наиболее известный своим концептуальным космическим самолетом Radian One Single-Stage-to-Orbit (SSTO), объявил о создании Dur-E-Therm, покрытия для космических аппаратов из материалов нового поколения, предназначенного для обеспечения полетов SSTO и поддержки гиперзвуковых военных и коммерческих применений.

«Dur-E-Therm обеспечивает высокоскоростной полет легких композитных систем, которые могут работать многократно без деградации, что открывает широкие возможности», — сказал директор по технологиям Ливингстон Холдер.

Первоначально разработанный для защиты Radian One и подобных космических аппаратов с дельта-крылом как во время подъема, так и при спуске, новый материал также предлагает возможность для космических аппаратов с горизонтальным взлетом и посадкой благодаря своей прочности на экстремальных скоростях и потенциальной экономии средств за счет возможности повторного использования.

Одноступенчатый полет на орбиту теперь возможен благодаря Dur-E-Therm

Несколько концепций космопланов, таких как Aurora, предложили различные методы и материалы для преодоления многочисленных нагрузок и экстремальных условий, с которыми сталкиваются высотные летательные аппараты, предназначенные для выхода за пределы атмосферы Земли и возвращения в нее. Вооруженные силы США также оценивают различные конфигурации гиперзвуковых ракет с прямоточным двигателем и гиперзвуковых авиационных ракет класса «воздух–земля», которые сталкиваются с аналогичными экстремальными условиями во время высокоскоростного полета в атмосфере. Компания Radian Aerospace заявляет, что их новый материал идеально подходит для этих применений.

Холдер объяснил, что эффективность Dur-E-Therm превосходит традиционную плитку космических аппаратов, используемую для покрытия современных спускаемых аппаратов. Например, обычная система тепловой защиты (TPS), подобная плитке шаттла, имеет однослойную конструкцию из абляционных материалов, рассчитанную на то, чтобы пережить вхождение в атмосферу только один раз. В отличие от этого, Dur-E-Therm состоит из нескольких слоев, предназначенных для выполнения нескольких различных задач.

«Dur-E-Therm - это многослойная изоляционная система, которая включает в себя прочную внешнюю оболочку, способную выдержать тепло спускаемого аппарата без повреждений, а также слои легкого материала под ней, которые выдерживают тепло спускаемого аппарата без разрушения», — пояснил Холдер.

Маркетинговые материалы Radian поясняют, что многослойная конструкция состоит из трех компонентов:

• внешней оболочки из углерод-карбидокремниевого (C/SiC) керамического композитного материала (CMC),
• изоляционных слоев из коммерчески доступного опацифицированного волокнистого утеплителя (OFI), алюмосиликатного аэрогеля и фирменной разработки Radian на основе полимерного аэрогелевого утеплителя,
• а также механических креплений к основной холодной конструкции.

По словам Холдера, эти материалы делают их теплозащитную систему (TPS) легкой и долговечной, «позволяя использовать ее многократно без повреждений». Он добавил, что такая возможность повторного применения может привести к значительной экономии средств по сравнению с традиционными хрупкими TPS-панелями, требующими многочасового обслуживания между полетами.

Испытания при высоких температурах подтвердили преимущества материала

Прежде чем проверить работу Dur-E-Therm в жестких условиях высокоскоростного полета в атмосфере, инженеры Radian совместно со специалистами материаловедческой лаборатории НАСА GRC провели серию многократных тестов с газовой горелкой, чтобы оценить теплоизоляционные свойства и потенциал повторного использования.

В ходе этих испытаний инженеры использовали газокислородную горелку, чтобы подвергнуть образец Dur-E-Therm (под названием «EDU 1») воздействию температур свыше 1480 °C. Такое экстремальное тепловое воздействие имитировало «множественные циклы набора высоты и снижения».

Изучив результаты, команда НАСА/Radian Aerospace признала испытания успешными. Компания заявила, что Dur-E-Therm не только выдержал экстремальные температуры в течение нескольких циклов, но и продемонстрировал «многообещающие изоляционные свойства и потенциал повторного использования».

Испытания обновленной версии Dur-E-Therm, EDU 1a, уже ведутся. В дополнение к потенциальной поддержке первоначальных испытаний команды, компания заявляет, что новый раунд высокотемпературных испытаний предназначен для оценки улучшений изоляции по сравнению с TPS EDU 1. Команда надеется, что испытания также «установят возможность повторного использования внешних панелей TPS CMC».

Военное и коммерческое применение

Новая TPS, которую Radian называет «переломным моментом для космических самолетов SSTO (одноступенчатых для вывода на орбиту) и HTL (горизонтального взлета и посадки)», еще не доступна для применения в космосе. Однако, по словам компании, сочетание многократного использования Dur-E-Therm и передовых технологий производства материалов делает его идеальным для развивающегося гиперзвукового рынка, включая потенциальные военные и коммерческие применения.

«Он может быть использован для защиты самолетов или космических аппаратов от тепла при полете через атмосферу на гиперзвуковых скоростях или при входе в атмосферу, что делает его подходящим для нашего аппарата или для всего, что требует атмосферного полета на гиперзвуковых скоростях», — сказал Холдер.