Теплозащитный щит Mars 2020 прошел критический рубеж

Важная часть миссии НАСА «Марс 2020» прошла необходимый рубеж: тепловой экран беспилотного зонда прошел окончательное испытание на статическую нагрузку в тепловых условиях, с которыми он столкнется при входе в атмосферу Марса.

Спроектированный и изготовленный компанией Lockheed Martin, абляционный щит в 15 футов (4,5 м) является одним из самых больших из когда-либо построенных.

Примерный процесс операции

Когда 18 февраля 2021 года космический корабль Марс-2020 достигнет Красной планеты, он столкнется с наиболее опасной фазой миссии - столкновением с атмосферой на межпланетных скоростях. Герметичный внутри своей защитной аэродинамической оболочки, зонд будет двигаться со скоростью 12 000 миль в час (19 300 км / ч), погружаясь в марсианскую атмосферу, накапливая воздух перед собой в ударной волне, которая замедлит его до сверхзвуковых скоростей.

При этом захваченный воздух будет нагреваться до тех пор, пока не превратится в раскаленную плазму, настолько горячую, что он будет прожигать космический корабль, как если бы это была папиросная бумага, если бы не большой теплозащитный экран в форме блюдца, который закрывает ведущая поверхность ракеты. Десятый аэрозольный щит, изготовленный компанией «Локхид» для миссии НАСА, его фенолопластическая структура защищает ракету, отводя тепло, так как экран сгорает слой за слоем.

Согласно Локхиду, размер щита делает посадку на Марс 2020 одной из самых сложных из когда-либо проведенных миссий. Даже имея многолетний опыт, компания должна проводить очень тщательные испытания новой технологии , чтобы убедиться, что экран может выдерживать не только тепло, но и термомеханические нагрузки, возникающие при столкновении с воздухом, так что это все равно, что ударить кирпичную стену.

Тесты

Последние статические испытания щита были завершены 25 апреля. В них использовались вакуумные насосы для моделирования нагрузок в 140000 фунтов (63 500 кг) на конструкцию щита, что эквивалентно 120 процентам ожидаемой полетной нагрузки. Одна заметная часть теста состояла в том, что вместо традиционных тензодатчиков и экстензометров влияние этого напряжения измерялось с использованием новой формы фотограмметрии, называемой цифровой корреляцией изображений.

Цифровая корреляция изображений заключалась в том, что структура щита была запечатана в специальную, похожую на декаль виниловую пленку, составленную из темных случайных крапин на белом фоне. Когда цифровые камеры контролировали напряжение, приложенное к структуре, вызывали смещение спеклов, создавая трехмерную картину того, как нагрузка вызывала смещения и поверхностные деформации

. Это позволяет инженерам оценивать факторы нагрузки по всей структуре, а не в нескольких ключевых местах. «Хотя в прошлом мы использовали этот метод фотограмметрии для полевых испытаний на испытательных изделиях, это первая успешная реализация на официальном оборудовании», - говорит Сотирис Келлас, авиационно-космический инженер НАСА Лэнгли и руководитель технической демонстрации.

«Эта технология позволит нам защитить оборудование во время тестирования, но, что более важно, предоставит данные для корреляции анализа теста и улучшения наших инструментов проектирования и анализа». Локхид говорит, что после завершения нагрузочных испытаний компания теперь применяет к конструкции элементы системы тепловой защиты с фенол-пропитанным углем (PICA), прежде чем соединить экран с остальной частью ракеты.