В космосе скопилось около 130 миллионов фрагментов космического мусора, образовавшегося в результате более 6800 успешных запусков ракет с 1957 года, согласно оценке Европейского космического агентства. Большинство отработанных космических аппаратов направляют в так называемое «кладбище космических кораблей» — необитаемую зону Южного Тихого океана (SPOUA) вблизи Точки Немо, где они сгорают при входе в атмосферу Земли.
До недавних успехов SpaceX большинство космических кораблей были одноразовыми. Даже космический шаттл Discovery, самый долгослужащий космический корабль, совершил лишь несколько десятков полетов до своего вывода из эксплуатации в 2011 году. Это ограничение существенно влияет на экологичность и экономичность космических полетов.
Решение этой проблемы разрабатывается в рамках нового исследовательского проекта, реализуемого кафедрой аэрокосмической инженерии Техасского университета A&M в партнерстве с компанией Canopy Aerospace. Проект, финансируемый грантом ВВС США на сумму 1,7 миллиона долларов в рамках программы Small Business Technology Transfer, направлен на разработку и тестирование 3D-печатных материалов для многоразовых космических кораблей.
Одна из ключевых проблем многоразовых космических аппаратов — экстремальные температуры при возвращении в атмосферу. Космический шаттл NASA подвергался нагреву примерно до 2700 градусов по Фаренгейту, а космический корабль Orion — до 5000 градусов, что сопоставимо с температурами, которые испытал Apollo 13. При гиперзвуковом входе в атмосферу температуры могут быть еще выше.
Традиционно для защиты от высоких температур используются тепловые экраны или керамические плитки, которые служат температурными барьерами. Например, SpaceX Starship оснащен передовым тепловым щитом, состоящим из примерно 18 000 шестиугольных плиток. Однако исследователи предлагают революционное решение — транспирационное охлаждение.
Эта технология создает слой газа вдоль поверхности корабля. По сути, космический корабль «потеет», выделяя охлаждающий газ, который формирует защитный барьер. Принцип работы схож с тем, как пуховые куртки улавливают воздух для теплоизоляции. Такой подход может значительно сократить время подготовки корабля к повторному полету — с лет или месяцев до дней или даже часов.
Разработкой испытательной установки руководит Уильям Мэтьюс, аспирант четвертого курса. Первоначальные испытания в аэродинамической трубе проводятся в Национальной лаборатории аэротермохимии и гиперзвуковых исследований Инженерной экспериментальной станции Техасского университета A&M. Результаты этих испытаний определят, целесообразно ли проведение полномасштабной испытательной миссии.
Концепция газового барьера существует уже много лет, но её реализации препятствовали ограничения в материаловедении, вычислительной мощности и возможностях наземных испытаний. Сегодня, благодаря достижениям в этих областях, идея «потеющих» космических кораблей становится реальностью.
Как отмечает доктор Ифти, один из экспертов проекта: «Если все пойдет хорошо, мы сможем увидеть потеющие космические корабли в небе до конца нашей жизни». Эта технология может стать ключом к более экологичным и эффективным космическим путешествиям будущего.
Изображение носит иллюстративный характер
До недавних успехов SpaceX большинство космических кораблей были одноразовыми. Даже космический шаттл Discovery, самый долгослужащий космический корабль, совершил лишь несколько десятков полетов до своего вывода из эксплуатации в 2011 году. Это ограничение существенно влияет на экологичность и экономичность космических полетов.
Решение этой проблемы разрабатывается в рамках нового исследовательского проекта, реализуемого кафедрой аэрокосмической инженерии Техасского университета A&M в партнерстве с компанией Canopy Aerospace. Проект, финансируемый грантом ВВС США на сумму 1,7 миллиона долларов в рамках программы Small Business Technology Transfer, направлен на разработку и тестирование 3D-печатных материалов для многоразовых космических кораблей.
Одна из ключевых проблем многоразовых космических аппаратов — экстремальные температуры при возвращении в атмосферу. Космический шаттл NASA подвергался нагреву примерно до 2700 градусов по Фаренгейту, а космический корабль Orion — до 5000 градусов, что сопоставимо с температурами, которые испытал Apollo 13. При гиперзвуковом входе в атмосферу температуры могут быть еще выше.
Традиционно для защиты от высоких температур используются тепловые экраны или керамические плитки, которые служат температурными барьерами. Например, SpaceX Starship оснащен передовым тепловым щитом, состоящим из примерно 18 000 шестиугольных плиток. Однако исследователи предлагают революционное решение — транспирационное охлаждение.
Эта технология создает слой газа вдоль поверхности корабля. По сути, космический корабль «потеет», выделяя охлаждающий газ, который формирует защитный барьер. Принцип работы схож с тем, как пуховые куртки улавливают воздух для теплоизоляции. Такой подход может значительно сократить время подготовки корабля к повторному полету — с лет или месяцев до дней или даже часов.
Разработкой испытательной установки руководит Уильям Мэтьюс, аспирант четвертого курса. Первоначальные испытания в аэродинамической трубе проводятся в Национальной лаборатории аэротермохимии и гиперзвуковых исследований Инженерной экспериментальной станции Техасского университета A&M. Результаты этих испытаний определят, целесообразно ли проведение полномасштабной испытательной миссии.
Концепция газового барьера существует уже много лет, но её реализации препятствовали ограничения в материаловедении, вычислительной мощности и возможностях наземных испытаний. Сегодня, благодаря достижениям в этих областях, идея «потеющих» космических кораблей становится реальностью.
Как отмечает доктор Ифти, один из экспертов проекта: «Если все пойдет хорошо, мы сможем увидеть потеющие космические корабли в небе до конца нашей жизни». Эта технология может стать ключом к более экологичным и эффективным космическим путешествиям будущего.
