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《美国橡树岭国家实验室开发新型碳化硅热防护系统，用于可重复使用的商业航天器》

  • 来源专题：先进材料
  • 编译者： 李丹
  • 发布时间：2024-11-25

  • 转自全球技术地图

    据Design and development today 11月14日消息，美国能源部橡树岭国家实验室和塞拉太空公司的研究人员开发了一种新型碳化硅热防护系统（TPS），用于可重复使用的商业航天器。TPS由先进材料制成的瓦片表面和绝缘瓦片背衬组成，将碳化硅的高温和腐蚀稳定性能与碳纤维的高强度和高温一致性相结合，安装在航天器上后，能够承受多次发射和短时间内重返大气层的极高温度，对于提供绝缘保护和稳定的飞行动力至关重要。NASA航天飞机轨道器的热障保护系统是航天器最先进的热防护技术。该设计要求每架航天飞机安装超过24000块6英寸×6英寸的硅纤维热障瓦，这些瓦片的成型需要将水和化学物质倒入模具中，并在高达2350摄氏度的温度下烧结以形成最终形状，并使用一种特殊的粘合剂将各个瓦片粘贴到每颗轨道器的外层。

  • 原文来源：https://www.designdevelopmenttoday.com/industries/aerospace/news/22926509/ornl-sierra-space-create-thermal-protection-system-for-reusable-space-vehicles
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    • 美国橡树岭国家实验室（ORNL）的研究者表示，当所开发的新型聚合物被用于碳纤维增强复合材料（CFRP）的表面防护层时，能够作为飞机防雷击的有效保护层。 CFRP是理想的轻量化材料，常被用于航空飞行器的外饰件。尽管在轻量化方面CFRP优势明显，但它也有明显的缺点，即导电性和耐热性较差，这使该材料更易遭遇雷击。因此，雷击对CFRP的破坏往往是灾难性的。 常用的雷击防护（LSP）技术是在复合材料结构顶部覆盖金属箔或薄膜。该技术的突出缺点包括重量增加、电偶腐蚀和昂贵的集成/维修成本。在ORNL的研究中，研究者开发了一种易于应用的全聚合物雷击防护新材料。该材料是在热固性交联聚合物二乙烯基苯（DVB）中添加聚苯胺（PANI）等本征导电聚合物，制成的厚度为0.25-0.4 mm的粘接层。实验中，CFRP结构表面涂覆一层PANI基雷击防护层，当模拟雷击电流为100 kA时，样品实现了有效的电流耗散，而样品结构本身保持100%安全。PANI因为具有自组装性能，而拥有形成三维导电网络结构的能力，这使它与碳/金属纳米填料的雷击防护技术相比更具优势。同时，该研究还证明，含有PANI保护层的CFRP结构的剩余强度接近100%。 “我们采用3D打印技术，在CFRP表面涂覆一层易于操作的粘接材料，”ORNL的Vipin Kumar表示。“特殊的聚合物链段结构使得该材料导电性更强、热处理时的强度更高。”在该研究中，研究者对有、无聚合物保护的CFRP材料进行了模拟雷击的对照试验。“经目测，有聚合物保护的CFRP试样表现出了极小的损伤，且散热更加均匀，”Kumar介绍说。“实验结果表明，聚合物层为雷击电流的导出提供了有效且连续的路径。” 相关研究内容发表在Composites Science and Technology, Volume 172, 1 March 2019，49-57。
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