Ülehelikiirusrakett pandi higistama – miks küll?

Lennu ajal surutakse kandepindadele kõrge surve all vedelikku, mis aurustades jahutabki ülehelikiirusraketi maha ja parandab seeläbi selle lennu- ja sensoorseid võimeid. Foto: Canopy

USA õhujõud on sõlminud Denveris asuva Canopy Aerospace’iga 2,8 miljoni dollari suuruse lepingu, et kiirendada järgmise põlvkonna soojuskaitsesüsteemide (Thermal Protection Systems ehk TPS) tehnoloogiate kasutamist hüperhelikiirusel Maale taassisenemise süsteemide jaoks.

Uut TPS-tehnoloogiat iseloomustab aurustus-jahutustehnoloogia (transpiration cooling) kasutamine, mis meenutab inimeste higistamist või taimede jahutamist aurustumise teel.

Hüperhelikiirusel liikuvad süsteemid, mis saavutavad kiirusi üle Mach 5, töötavad ühes teadusele teadaolevatest äärmuslikumatest keskkondadest, kus temperatuurid ulatuvad kuni 3000 °C.

Sellised tingimused nõuavad spetsiaalseid insenerilahendusi, näiteks relvasüsteeme, kosmose sisenemisplatvorme ja transpordilennukeid, millel on keraamikast või keraamilistest komposiitmaterjalidest TPSid.

Higistamine, et jahutada ja kiirendada

Kõigi kiirelt liikuvate süsteemide jõudlus sõltub nende võimest saavutada maksimaalne kiirus, ilma et need tohutust kuumusest tükkideks lendaksid või muidu kahjustada saaks. Canopy töötab välja soojuskaitsesüsteemi, tootes lisaks täiustatud keraamilisi materjale.

See uuenduslik tehnoloogia võimaldab aurustusjahutust kasutada TPSi kuumusele vastupidavuse suurendamiseks, mis võimaldab hüperhelikiirusel liikuvatel sõidukitel saavutada suuremaid kiirusi ja sooritada agressiivsemaid manöövreid. Aurustusjahutus on laialdaselt uuritud tehnoloogia, mille rakendamine võib võimaldada tõhusat korduvkasutust kosmilistelt orbiitidelt Maa atmosfääri sisenemiseks: sel juhul ei saa just jahutuse tõttu kõrge temperatuuur sõidukit liigselt kahjustada.

Aurustusjahutus toimib, kui hüperhelikiirusel liikuvast sõidukist pumbatakse suure rõhu all olevat jahutusvedelikku, mis kandub lennumasina korpusele ja jaotub seal laiali. See vedelik aurustub kiiresti, moodustades isoleeriva kihi, mis kaitseb sõidukit õhuga intensiivsel hõõrdumisel tekkiva suure kuumuse eest.

Canopy eesmärk on edasi arendada aurustusjahutusega TPS-tehnoloogiat sõidukisse integreeritud jahutuskanalitega, mis on kooskõlas USA õhuväe strateegiliste eesmärkidega ning tugevdavad USA juhtpositsiooni hüperhelikiiruse tehnoloogiate arendamisel. Tulevikus töötatakse USA õhujõududele välja relvasüsteeme, mida saab lihtsalt skaleerituna kasutada hüperhelikiirusel rakenduste jaoks.

Targad TPS-id «tervisekontrolliks»

Teine rahastatud võimekus on seotud Canopy omapäraste kiudoptiliste andurite arendamisega, mis suudavad taluda kõrgeid temperatuure ja integreeritakse soojuskaitsesüsteemidesse.

See uuendus laiendab tulevaste süsteemide disainivõimalusi ning vähendab selliste strateegilise tähendusega sõidukite atmosfääri sisenemise süsteemide hoolduseks ja kontrolliks kuluvat aega. Seda võimekust nimetatakse atmosfääri sisenemise süsteemide tervisekontrolli lahenduseks (Health Monitoring Systems for Re-entry Systems ehk HMSRS) või «Tark TPS».

Kosmosest Maa atmosfääri taassisenemine ja hüperhelikiirusel lendamine tekitavad sõiduki ümber plasmakihi, mis muudab traditsiooniliste andurite ja sideprotokollide tõhusa toimimise keeruliseks.

Sukeldades andurid TPS-materjali sisse, saavad tulevased platvormid ümbritsevat keskkonda täpsemalt mõõta. See võimaldabki ülihelikiirussõiduki konstruktsioonimaterjalide vanumist paremini mõista ning arusaadavalt ka TPS-materjalide terviklikkust jooksvalt hinnata.

Allikas: Interesting Engineering