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AVCOAT 5026-39は、もともとアポロ計画のためにAvcoによって作成された特定のアブレーション熱シールド材料の 2 つのバージョンを表すNASA のコードです。 [1] [2] [3]これは、エポキシノボラック樹脂内のシリカ繊維 で構成されています。元の AVCOAT は、アポロ司令船の熱シールドに使用されました。改良されたバージョンは、初期のオリオン熱シールドに使用され、その後、再設計されたオリオン熱シールドにも使用されました。
歴史
AVCOATはNASAのアポロ司令船の熱シールドに使用されました。[4]アポロの最終形態では、この材料はAVCOAT 5026–39と呼ばれていました。
AVCOATはスペースシャトルのオービターには使用されなかったが、NASAはオリオン宇宙船[5]にこの素材を最初に初期のオリオンテストに使用し、その後のオリオンでは異なるタイプの熱シールドに使用した。2種類のオリオンシールドに使用されたAvcoatは、アポロ計画終了後に制定された環境法規制を満たすために再配合された。[6] [7]
仕様
- 材質：エポキシ フェノールホルムアルデヒド樹脂、元々はグラスファイバー ハニカムマトリックス用の特殊添加剤入り。 [8]
- 密度: 32ポンド/立方フィート (0.51 g/cm 3 ) [8]
- アブレーション後の炭化層の組成：炭素6.7ポンド/立方フィート（0.107 g/cm 3） 、シリカ8ポンド/立方フィート（0.13 g/cm 3）。[8]
AVCOATベースのヒートシールド
アポロ司令船
AVCOAT は、アポロ宇宙船のオービターの部品や乗組員モジュールに取り付けられたユニットとして初めて使用されました。ヒートシールドは、AVCOAT で満たされたハニカム構造です。NASA は、これがシリカ繊維で作られ、エポキシノボラック樹脂がグラスファイバーフェノールに充填され、ヒートシールドに直接製造されていることを確認しました。[9] [10]ペースト状の材料は、グラスファイバーハニカムの各セルに個別に噴射されました。[11]
NASAのアポロ飛行試験分析では、AVCOAT 5026-39/HC-G素材がペースメーカー探査ロケットのノーズコーンで試験されました。[12]ノーズキャップの4か所で温度とアブレーションの測定が行われました。報告書では、シールドの摩耗は空気力学的せん断と加熱率によるものだと指摘されています。また、科学者はアブレーションが制御された方法で行われたと信じていたとも指摘されています。
オリオン EFT-1 クルーモジュール
地球への再突入時にクルーモジュールを保護するために、皿型のAVCOAT耐熱シールドアブレータシステムが選択された。NASAは、このモジュールは華氏5,000度（摂氏2760度）にも達する高温に遭遇すると発表している。[13]テキストロン社からライセンスを受け、[14] AVCOAT素材はロッキード・マーティン社によってニューオーリンズのミシュー組立施設で生産されている。このアブレーション耐熱シールドはクルーモジュールの底部に設置され、制御された侵食によってクルーモジュールから大気中へ熱を逃がす。
ジョンソン宇宙センターのオリオンの熱防護システムマネージャーであるジョン・コワルは、AVCOATの最大の課題は、アポロ計画で実証されたものと同様の性能を持つ製造技術を復活させることだったと語った。[13] アポロ計画の後、Avcoatの派生型が製造され、研究された。オリオンの主任技術者は熱シールドの再設計を要求したが、[15]最終的な設計は採用されなかった。
オリオン乗組員モジュールは、 NASAのコンステレーション計画のために最初に設計された。熱シールドは、アポロバージョンと同様にモノリシックなグラスファイバーハニカムとして設計・製造され、AVCOATで満たされた。ハニカムは33万個の小さなセルで構成されていた。各セルは、技術者が圧力銃を使って一度に1つずつAVCOATで個別に充填され、シールドのプロセスには6か月以上かかった。[16]
EFT-1ミッションは地球を2周し、オリオンのシステムをテストする機会を提供した。海に着水するまでに約4時間かかった。[17]これはこの耐熱シールドを使用した唯一の飛行であった。
オリオン アルテミス クルーモジュール
コンステレーション計画の終了後、オリオンはスペースシャトル計画に代わるスペース・ローンチ・システムでの使用に適応された。この宇宙船は2015年に国際宇宙ステーション（ISS）に、2024年に月へ宇宙飛行士を運ぶ予定だった。しかし、オリオンがISSに使用されることはなかった。EFT-1後の最初の飛行は、2022年に飛行した無人のアルテミス1号だった。
EFT-1 ヒートシールドの製造には多大な労力がかかり、モノリシックなハニカム設計は大型のオリオンシールドには不適切であるという懸念がありました。そのため、シールドは再設計され、代わりに慎重に成形された Avcoat ブロックが使用されるようになりました。
AVCOAT素材のヒートシールドは、設置に選ばれる前に数回のテストを経た。Avcoat TPSの熱化学反応の調査（EFT-1データとの比較のための第一原理に基づく）中に、ヒートシールドでテストされた項目には、ガス輸送、熱伝達、TPS素材の回帰のモデリングが含まれていた。[18]
オリオンの16.5フィートのAVCOATヒートシールドは、フロリダにあるNASAのケネディ宇宙センター（KSC）の技術者によって68本のボルトを使用してオリオンクルーモジュールに固定されました。このヒートシールドはチタントラスと複合代替品で覆われており、カーボンファイバー層で作られた追加のスキンが付いています。オリオンのヒートシールドはロッキードマーティンによって設計および製造されました。ヒートシールドはパズルのピースのようなもので、すべてが完璧にフィットし、ボルトフィッティングが一列に並んでいなければなりません。[14]
熱シールドの設置後、乗組員モジュールのコンポーネントへのアクセスが困難になったり、アクセスできなくなったりしました。
フライト使用
無人
有人
- アポロ7号、アポロ8号、アポロ9号、アポロ10号
- アポロ11号、アポロ12号、アポロ13号、アポロ14号
- アポロ15号、アポロ16号、アポロ17号
- スカイラブ2号、スカイラブ3号、スカイラブ4号
- アポロ・ソユーズテスト計画
参照
参考文献
- ^ ウィルソン、ジム。「NASA - NASA の探査システムアーキテクチャ研究 - 最終報告書」。www.nasa.gov。
- ^ 「耐火補強により鉄骨構造がより頑丈に」 2007 年 1 月 12 日。2007 年 1 月 12 日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ Textron Systems の歴史、 Wayback Machineで 2010 年 11 月 30 日にアーカイブ、1984 年の歴史、「Textron が Lycoming を含む Avco を買収し、Avco Systems Textron になる」、2010 年、2010 年 11 月 27 日にアクセス。
- ^ abcdef アポロ体験レポート - 熱保護サブシステム (1974 年 1 月)
- ^ 「NASA - NASA、オリオン宇宙船の耐熱シールドの素材を選択」www.nasa.gov。
- ^ 「Flightglobal.com - NASA のオリオン熱シールドに関する決定は今月中に行われる予定 (2009 年 10 月 3 日)」。
- ^ 「Company Watch - NASA - 無料オンラインライブラリ」www.thefreelibrary.com。
- ^ abcd ペースメーカー車両システムを使用したアポロ熱シールド材料の飛行試験分析NASA技術ノートD-4713、pp.8、1968-08、2024-10-29にアクセス。「Avcoat 5026-39/HC-G は、グラスファイバー ハニカム マトリックスに特殊添加剤を配合したエポキシ ノボラック樹脂です。製造では、空のハニカムを一次構造に接着し、樹脂を各セルに個別に吹き付けます。... 材料全体の密度は 32 lb/ft 3 (512 kg/m 3 ) です。材料の炭化物は主にシリカと炭素で構成されています。アブレーション分析ではシリカは不活性であると考えられますが、炭素は酸素と発熱反応を起こすと考えられるため、炭化物中のそれぞれの量を知る必要があります。... 2160 ° R (1200° K) では、バージン材料の 54 重量パーセントが揮発し、46 パーセントが炭化物として残っています。... バージン材料では、25 重量パーセントがシリカであり、シリカは不活性であると考えられるため、炭化物層の組成は 6.7 lb/ft 3になります。 (107.4 kg/m 3 )の炭素と8 lb/ft 3 (128.1 kg/m 3 )のシリカが含まれています。
- ^ Prucey, Rachel; Clem, Kylie. 「NASA、オリオン宇宙船の耐熱シールドの素材を選択」NASAニュース。NASA。2009年4月11日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2019年4月3日閲覧。
- ^ 「Aerothermodynamics HEOMD Projects」. Nasa.gov . 2020年8月20日閲覧。
- ^ [1]
- ^ Graves, Randolph A.; Witte, William G. (1968年8月). 「ペースメーカー車両システムを使用したアポロ熱シールド材料の飛行試験分析」(PDF) . NASA科学技術情報(STI)プログラム. D (4137): 11– 12. 2019年4月3日閲覧。
- ^ ab Clem, Kylie; Clem, Rachel (2009年4月7日). 「NASA、オリオン宇宙船の耐熱シールドの素材を選択」NASAニュースリリース。NASA 。 2019年4月2日閲覧。
- ^ ab リンダ・ヘリッジ。「耐熱シールドの設置によりオリオン宇宙船は宇宙に近づく」。SpaceDaily。KSCニュース。 2019年4月2日閲覧。
- ^ ホフパウアー、ダニエル。「オリオン熱シールドキャリアの代替構造設計」NASAニュース。NASA 。 2019年4月29日閲覧。
- ^ Garcia, Mark A. (2013年7月16日). 「パートナーシップがミッションを可能にする」2025年1月2日閲覧。
- ^ クレイマー、ミリアム。「NASAの初代オリオン宇宙船が世界最大の耐熱シールドを獲得（写真）」Space.com 。 2019年4月3日閲覧。
- ^ レビン、デボラ。「EFT-1データとの比較のために第一原理からAvcoat TPSの熱化学反応を調査」NASAニュース。イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校。 2019年4月3日閲覧。
外部リンク
- アポロ体験レポート - 熱保護サブシステム (1974 年 1 月)
- アポロ シール: 有人探査機シールの基礎 (2006 年 11 月)
- 火星サンプルリターンミッションの地球大気圏突入に関するメモ（2006 年 9 月）
- アルテミス1号の耐熱シールドの損傷に関するNASAの論文
- AVCOATの歴史と詳細を詳しく説明したNASAの記者会見