据美国航天网2015年1月9日报道,2018年“猎户座”飞船的飞行试验中,NASA将采用先进3D热防护织物作为热防护罩关键部件的材料。该材料将最大限度的确保航天员从深空探索返回地球时的安全,这是载人火星探测所必须的技术。
先进3D编织热防护织物是由百利•罗宾•米尔(BRM)公司新开发的,是一种由石英纤维织造而成的3D编织材料。BRM公司正在织造这些材料,其将被用作热防护系统的衬垫,该衬垫将为“猎户座”飞船及其乘员提供隔热功能,使人类能够承受从月球、小行星和火星等遥远目的地返回地球再入时的2200℃高温后仍能存活。
3D编织物将被用在“压缩式防震垫”中,该防震垫充当“猎户座”乘员舱和服务舱之间的界面,作为热防护罩的一部分用来保护飞船。压缩式防震垫填充在“猎户座”乘员舱和服务舱之间热防护罩上的接合处。它们的作用是在发射、太空运行和两舱物理分离(爆炸螺栓)阶段支撑所产生的结构负载;在任务下降阶段,防震垫必须充当烧蚀热防护系统,承受地球大气层再入时高达38000千米/小时速度所产生的高热。压缩式防震垫是大约宽30.5厘米、厚7.6厘米的块状物,由石英纤维3D编织材料制成。总共有6个压缩式防震垫等距的安装在热防护罩上,它们被集成在“猎户座”乘员舱上,位于热防护罩低密度碳烧蚀热防护系统材料的边缘。
这种3D编织材料的开发从“猎户座”飞行试验任务中吸取了经验。因为目前用在“猎户座”首次探索飞行试验(EFT-1)中的2D防震垫由碳纤维酚醛材料层压而成,具有相对较低的层间剥离强度,可满足地球轨道返回飞行试验的要求;而2D复合层压材料在更高温度地球再入时可能会发生层间分离,不适合从深空目的地返回地球时由于更高再入速度而产生更高温度的防护。因此由3D编织石英纤维制成的新型更具弹性的隔热压缩式防震垫对于深空探测是非常必要的。
为了解决层压材料分离问题,NASA与BRM公司共同研发了3D编织。BRM公司开发的石英纤维3D编织材料采用新开发的“提花织机”方法织造。新的提花织机和织造技术均是试验性技术,由NASA空间技术任务部投资开发,由艾姆斯研究中心负责管理。这种3D编织材料还将用于无人科学探测任务,也会被织入热防护系统的隔热毡中用于未来行星科学探测任务。(李虹琳)