Испытан надувной теплостойкий щит для космических аппаратов

На прошедшей неделе был испытан надувной тепловой экран для космических аппаратов, что продемонстрировало потенциал этих легких и гибких устройств, предназначенных защищать корабли в атмосфере при возвращении на Землю. Традиционная термозащита представляет собой твердое покрытие, которое либо отсоединяется от аппарата (в случае с отправленными на Марс вездеходами), либо постепенно разрушается в атмосфере. Эти щиты тяжелы и ограничивают полезную нагрузку, доступную кораблю. Габариты экранов также лимитированы, поскольку они должны поместиться в космическое транспортное средство. Щиты в виде надувных конструкций в теории могут решить обозначенные проблемы, поскольку относительно легки и компактны в сложенном состоянии.

Новая разработка, названная "Надувной многократный транспортный эксперимент" (Inflatable Re-entry Vehicle Experiment, IRVE), была успешно испытана с небольшой ракетой, стартовавшей с американского космодрома Уоллопс (Wallops Flight Facility) на острове Уоллопс, штат Виргиния. Ракета преодолела 218 км за 4 мин полета, прежде чем щит массой 40 кг, упакованный в 40-см емкость, отделился. Затем с помощью подачи под давлением азота тепловой экран принял форму "шляпы" гриба диаметром 3 м. Неся полезный груз, включающий навигационную и собирающую данные о полете электронную аппаратуру, IRVE прошел через земную атмосферу со сверхзвуковой скоростью. Инженеры ожидали превышения 5 махов (1 Мах равен скорости звука), или 1,7 км/с, но окончательные цифры станут известны после полного анализа данных. Насколько нагрелась поверхность щита, когда он оказался на водной глади Атлантического океана, достоверно неизвестно, хотя управляющая проектом Мэри-Бет Васк (Mary-Beth Wusk) из Исследовательского центра Ленгли (Langley Research Center) NASA в Хэмптоне говорит о значениях выше 140°С.

Щит сделан из нескольких слоев жаростойкого материала, сотканного с применением тонких керамических нитей, закрывающего сумку из покрытого кремнием кевлара в форме баллона.Конструкция экрана представляет нечто среднее между парашютом и воздушным шаром и известна как "баллут". Целый ряд компаний и правительственных учреждений занимались разработкой баллутов и других надувных экранов в течение многих лет, включая компанию Andrews Space в Сиэтле, Вашингтон. Температура, которой щит может противостоять, зависит от его размеров, говорит главный инженер в Ленгли Роберт Диллман (Robert Dillman). Большая площадь поверхности обеспечивает меньшую скорость падения аппарата и увеличивает эффективность распределения тепловой нагрузки. "Это похоже на взмахи ракеткой для настольного тенниса в воздухе сначала ребром вперед, а затем плоскостью, - приводит аналогию Диллман. – Это распределяет энергию по большей площади".

Поскольку надувные щиты могут быть шире, чем несущая их ракета, они способны поддерживать большую массу по сравнению с традиционными защитными экранами. А их собственный малый вес позволяет кораблю нести увеличенное количество полезного груза. По словам Диллмана, легкость новой разработки придется весьма кстати для подготовки миссии на красную планету, ведь на таких расстояниях вопрос массы груза критичен: "Если необходимо отправить на Марс больше аппаратуры, нужно применить творческий подход, или обратить внимание на надувную конструкцию". IRVE вполне по силам справиться с вояжем на Марс или Титан, а также возвращать что-либо с Международной космической станции. "Щит будет функционировать везде, где присутствует атмосфера", - добавляет инженер. Однако разработку еще предстоит испытывать на жаростойкость. "Это был всего лишь тестовый полет, и температура, которую щит встретит на межпланетной скорости, не достигнута. Необходимо работать дальше, чтобы создать полнофункциональную версию IRVE", - подводит итог Диллман. Команда надеется, что следующий испытательный полет будет проведен в начале 2012 года.