NASA, "Шаттл" и пенополиуретан

Космический корабль Шаттл

Казалось бы это несочетаемые вещи, причем здесь NASA (Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства), "Шаттл" и пенополиуретан (ППУ)?

Однако не секрет, что многими технологиями и изобретениями мы сегодня обязаны именно аэрокосмической отрасли. Благодаря открытиям NASA мы используем в своей повседневной жизни такие удивительные вещи, как подушки с эффектом памяти, устойчивое к царапинам стекло, беспроводные инструменты, фильтры для очистки воды, связь на дальних расстояниях и даже невидимые брекеты.

Изобретения NASA

Рис. Технологии NASA в повседневном быту

Теперь же пришла пора сугубо гражданским технологиям послужить на благо исследования и изучения космоса.

NASA стало использовать пенополиуретан (ППУ) в космических целях для теплоизоляции и защиты внешнего топливного бака космического челнока «Шаттл». Да-да, Вы не ошиблись инженеры NASA запустили пенополиуретан (ППУ) в космос.

«Шаттл» - это американский многоразовый транспортный космический корабль, разработанный для доставки астронавтов и различных грузов на земную орбиту.

Шаттл

Первый «Шаттл» был запущен NASA в далеком 1981 году. Американский космический корабль включает в себя три основные части: сам челнок, внешний топливный бак и два твердотопливных ракетных ускорителя.

Спейс Шаттл

Рис. Космический корабль "Спейс Шаттл"

Топливный бак «Шаттла»- это самая  громоздкая и тяжелая часть космического аппарата. А также это единственный узел аппарата, который не может быть использован повторно, другими словами он предназначен для одноразового использования.

Внешний топливный бак «Шаттла» сделан из алюминиевого сплава толщиной 3 мм и вмещает в себя около 1,5 млн. литров ракетного топлива. В качестве ракетного топлива используется жидкий водород. Температура водорода в жидком агрегатном состоянии составляет -253°С. Поэтому у NASA появилась трудная задача по выбору надежного и прочного, но в тоже время наиболее легкого изоляционного материала, способного поддерживать чрезвычайно низкую температуру (-253°С)  жидкого водорода внутри топливного бака челнока.

После многочисленных обсуждений и испытаний выбор специалистов NASA остановился на жестком закрытоячеистом пенополиуретане. Выбор пенополиуретана в качестве теплоизоляции топливного бака был обусловлен многими факторами. Во-первых, ППУ – сверхлегкий материал, и не будет создавать лишней нагрузки на топливный бак. Во-вторых, ППУ – тепло- и морозостойкий материал. Ну и, в-третьих, это – превосходный теплоизолятор и герметик.

Жесткий ППУ состоит из миллионов миниатюрных закрытых пор, в которых содержится специальный газ. Такая закрытоячеистая структура позволяет надежно сохранять тепло и препятствует инфильтрации воздуха и пара, создает надежный герметичный изоляционный слой.   И хотя пенополиуретан был известен и широко использовался до NASA,  после небольших доработок в данной технологии инженеры национального управления по аэронавтике адаптировали пенополиуретан для использования, в буквальном смысле, за пределами нашей планеты.

В результате научных исследований топливный бак «Шаттла» был покрыт 2,5 см слоем пенополиуретана, который был специально разработан специалистами NASA.

Пенополиуретановое покрытие внешнего топливного бака

Рис. Пенополиуретановое покрытие внешнего топливного бака космического «Шаттла»

Данной толщины изоляционного слоя ППУ было достаточно, чтобы обеспечить оптимальную теплоизоляцию топливного бака «Шаттла», при этом сохранив низкий вес и одновременно увеличив прочность и жесткость всей конструкции бака. Изоляционный слой ППУ также предохранял алюминиевую оболочку от образования льда и аэродинамического нагрева. В тоже время ППУ при таких сложных условиях сохранял крайне низкую температуру жидкого водорода внутри бака (-253°С).

Внешний топливный бак Шаттла покрытый ППУ

Рис. Топливный бак покрытый 2,5-см слоем пенополиуретана

Перед нанесением пенополиуретанового покрытия для подготовки изолируемой поверхности топливного бака использовались специальные очистители, однако ни в каких дополнительных клеях не было необходимости. ППУ является самоадгезивным материалом и обладает достаточной адгезией, чтобы выдержать даже запуск космического корабля.

Запуск Шаттла

Рис. Запуск космического корабля "Шаттл"

В большинстве случаях слой пенополиуретана неплохо сохранялся даже при сбросе пустого топливного бака обратно в атмосферу Земли.

Для защиты пенополиуретана от воздействия ультрафиолетового излучения специалисты NASA поверх изоляции ППУ наносили слой специальной белой краски. Известно, что под воздействием ультрафиолета верхний слой ППУ разрушается и темнеет. Это несколько снижает теплоизоляционные свойства ППУ. Однако специальное покрытия для защиты ППУ от ультрафиолета прибавляло лишних 272 кг веса топливному баку космического челнока при относительно малой пользе. Поэтому инженеры NASA решили отказаться от защитной краски и стали использовать чистый, ничем не покрытый слой ППУ в пользу экономии общего веса.

Внешний топливный бак Шаттла

Рис. Отделившийся пустой топливный бак возвращается на Землю. Пенополиуретановый слой стал темно-оранжевым вследствие воздействия высокой солнечной радиации

В общей сложности с 1981 года "Шаттлы" совершили 135 полетов. 21 июля 2011 года программа "Спейс Шаттл" была официально закрыта.  Решение о закрытии программы "Спейс шаттл" было принято вскоре после гибели "Колумбии" в 2003 году. В Белом доме решили, что челноки морально устарели, их уже нецелесообразно использовать, в том числе из соображений безопасности и слишком дорогого обслуживания. Теперь доставлять космонавтов и грузы на орбиту Земли будут исключительно российские "Союзы".

e-max.it: your social media marketing partner