Теплозащитный материал 3D-MAT. Кредит: НАСА
Трехмерная многофункциональная абляционная система термозащиты (3D-MAT) представляет собой материал теплозащиты, разработанный в качестве важнейшего компонента Ориона, новейшего космического корабля НАСА, созданного для полетов человека в глубокий космос. Он способен поддерживать высокий уровень прочности, выдерживая экстремальные температуры во время входа в атмосферу Земли в конце миссии Артемиды на Луну.
3D-MAT стал важной частью технологии для кампании НАСА «Артемида», которая заложит основу для долгосрочных научных исследований на Луне и подготовит экспедиции человека на Марс на благо всех.
Проект 3D-MAT возник из-за технической проблемы, возникшей в ранних проектах космического корабля «Орион». Компрессионная площадка — соединительный интерфейс между модулем экипажа, где проживают астронавты, и служебным модулем, несущим энергию, двигательную установку, снабжение и многое другое — демонстрировала проблемы во время первого испытательного полета «Ориона», Exploration Flight Test-1, в 2014 году.
Инженеры НАСА поняли, что им нужно найти новый материал для компрессионной подушки, который мог бы удерживать вместе различные компоненты Ориона, выдерживая при этом чрезвычайно высокие температуры при входе в атмосферу. Была изучена возможность использования 3D-плетения для материалов теплозащитного экрана НАСА, но после того, как была обнаружена потребность в новом материале для компрессионной подушки, разработка быстро активизировалась.
Это привело к развитию 3D-MAT, материала, сотканного из кварцевой пряжи и смолы на основе цианатного эфира, имеющего уникальный трехмерный дизайн. Используемая кварцевая пряжа похожа на более совершенную версию изоляции из стекловолокна, которую вы можете иметь на чердаке, а смола, по сути, представляет собой высокотехнологичный клей. Эти стандартные аэрокосмические материалы были выбраны из-за их способности сохранять прочность и удерживать тепло при чрезвычайно высоких температурах.
3D-MAT ткут на специальном ткацком станке, который плотно упаковывает нити вместе, а затем впрыскивают смолу с помощью уникального процесса под давлением. В результате получился высокоэффективный материал, который чрезвычайно эффективно сохраняет прочность в жаркое время, а также изолирует тепло от космического корабля, который он защищает.
На 19-й день миссии «Артемида I» Луна становится больше в кадре, поскольку «Орион» готовится к обратному пролету с двигателем 5 декабря, когда он пройдет примерно на высоте 79 миль над поверхностью Луны. Это изображение включает в себя как модуль экипажа «Орион», так и служебный модуль, соединенные компрессионной подушкой, в которой используется материал 3D-MAT. Кредит: НАСА
За три года 3D-MAT прошел путь от ранней концепции до хорошо разработанного материала и теперь интегрирован в флагманскую кампанию НАСА «Артемида». Использование 3D-MAT в компрессионной подушке космического корабля «Орион» во время успешной миссии «Артемида I» продемонстрировало важную роль этого материала для усилий НАСА по пилотируемым космическим полетам.
Эта разработка стала возможной за такой короткий промежуток времени благодаря сотрудничеству команды с малыми предприятиями, включая Bally Ribbon Mills, которая разработала процесс плетения, и San Diego Composites, которая совместно с НАСА разработала процедуру вливания смолы.
Команда, стоящая за его разработкой, получила премию НАСА «Изобретение года» — престижную награду, признающую, насколько важен 3D-MAT для успешного полета «Артемиды» и насколько он важен для будущих миссий НАСА «Артемида». В признанную команду изобретателей входят Джей Фельдман и Этирадж Венкатапати из Исследовательского центра Эймса НАСА в Силиконовой долине Калифорнии, Курт Уилкинсон из Bally Ribbon Mills и Кен Мерсер из Dynovas.
3D-MAT имеет применение и за пределами НАСА. Возможности обработки материалов, реализованные с помощью 3D-MAT, привели к созданию других продуктов, таких как детали конструкций для гоночных автомобилей Формулы-1 и корпуса ракетных двигателей. Несколько потенциальных применений 3D-MAT в коммерческих аэрокосмических транспортных средствах и обороне оцениваются на основе его свойств и производительности.
