NASA впервые зафиксировало внутреннее разрушение теплозащиты кораблей при 900 °C

Исследователи из США освоили технологию мониторинга деструкции терморегулирующих покрытий космических кораблей в режиме реального времени при экстремальных температурах, возникающих при преодолении плотных слоев атмосферы. Инновационный метод основан на синтезе рентгеновской микротомографии и нейросетевых алгоритмов, что позволило визуализировать трехмерную динамику процессов непосредственно в ходе термического воздействия.

Данная инициатива реализована в рамках долгосрочного партнерства NASA и исследовательского комплекса Advanced Light Source (ALS). В фокусе внимания ученых находятся абляционные покрытия — специализированная термозащита, которая контролируемо разрушается под воздействием колоссальных температур, рассеивая тепловую энергию и оберегая конструкцию корабля.

Раньше специалисты были ограничены ретроспективным анализом образцов до и после тестов, дополняя его теоретическим моделированием. Передовой подход дает возможность буквально проникнуть в толщу защитного экрана, отслеживая трансформацию его внутренней архитектуры, пористой структуры и химического состава по мере нагревания.

В ходе испытаний тестовые образцы подвергали нагреву до 900 °C, параллельно осуществляя высокоточное рентгеновское сканирование с микрометровым разрешением. Это позволило зафиксировать зарождение микропустот, каналов и прочих деформаций, критически влияющих на эффективность термоизоляции.

Сравнение двух коммерческих составов — SLA-220 и SLA-561V — продемонстрировало кардинально разную термодинамику при идентичном назначении. Особый интерес вызвал материал SLA-561V, содержащий в качестве наполнителя натуральную пробку: при термическом разложении она формирует разветвленную сеть внутренних полостей.

В свою очередь, SLA-220 демонстрирует иное поведение: его кремнийорганическая матрица избегает крупных разрывов, образуя плотную систему сообщающихся каналов. Колоссальный массив рентгенографических данных был обработан с помощью искусственного интеллекта, что позволило воссоздать происходящие процессы в виде детализированных 3D-моделей.

Полученные эмпирические данные уже находят применение в аэрокосмической индустрии. После дебютного полета миссии Artemis реальное поведение теплозащиты расхождениями с цифровыми симуляциями побудило NASA задействовать ресурсы ALS для глубокого анализа материалов и верификации расчетов.

В перспективе разработанная методика позволит инженерам проектировать более точные параметры массы и толщины термозащиты для перспективных пилотируемых кораблей, включая лунную программу Artemis и будущие марсианские экспедиции. Это существенно повысит безопасность космических аппаратов на наиболее критическом этапе миссии — при возвращении на Землю.

Источник: iXBT