1.1.2 Орбитальные мка
Dream Chaser, Sierra Nevada Corporation совместно c Lockheed Martin, США, 2004 г.
МКА Dream Chaser (рисунок 1.6) разрабатывается в рамках программы НАСА Commercial Crew Development. Он предназначен для доставки грузов и экипажа (до 6 человек) на низкую околоземную орбиту. Длина аппарата составляет 6 м, размах крыла – 7 м, сухая масса аппарата – 11 400 кг [12].
Рисунок 1.6 – МКА Dream Chaser, Sierra Nevada Corporation совместно c Lockheed Martin, США, 2004 [13]
Конструкция МКА выполнена преимущественно из композиционных материалов на основе углеродных волокон. В качестве теплозащиты на носовом обтекателе, кромках крыльев и посадочных щитках используется материал TUFROC (Toughened Unipiece Fibrous Reinforced Oxidation-resistant Composite) (патент US7381459B1) [14], разработанный НАСА специально для защиты гиперзвуковых летательных аппаратов при полете в атмосфере Земли. ТЗП TUFROC (рисунок 1.7) предназначено для многоразового использования и способно выдерживать температуры свыше 2000ºС [15, 16], возникающие на носовом обтекателе и кромках крыльев МКА Dream Chaser.
Рисунок 1.7 – Различные конфигурации ТЗП TUFROC [17]
SpaceX Dragon, Space Exploration Technologies, США, 2012- настоящее время.
МКА SpaceX Dragon (рисунок 1.8) разрабатывается компанией Space Exploration Technologies в рамках программы НАСА Commercial Crew Development. Аппарат капсульного типа, его длина составляет 6,2 м, максимальный диаметр – 3,6 м. Сухая масса МКА SpaceX Dragon равна 4 200 кг, а масса выводимого на низкую околоземную орбиту полезного груза может достигать 6 000 кг [18].
В качестве абляционной теплозащиты на МКА SpaceX Dragon применяется разработанный совместно с НАСА композиционный материал на основе углеродных волокон и фенольного связующего PICA-X (Phenolic Impregnated Carbon Ablator), способный выдерживать температуры свыше 2760ºС [19]. PICA-X обладает чрезвычайно малой плотностью (270 кг/м3) и малой теплопроводностью. Толщина ТЗП на тепловом щите МКА SpaceX Dragon составляет всего 6 см (рисунок 1.9). При этом температура внутри капсулы во время полета аппарата в атмосфере не превышает комнатной, в то время как наружная поверхность ТЗП нагревается до 1850ºС.
Рисунок 1.8 – МКА SpaceX Dragon, Space Exploration Technologies, США, 2012 г. - настоящее время [18]
Рисунок 1.9 – Усатановка блоков теплозащиты PICA-X на тепловой щит МКА SpaceX Dragon [20]
Микроструктура PICA-X приведена на рисунке 1.10 [21].
Рисунок 1.10 – Микроструктура ТЗП PICA-X [21]
CST-100 (Crew Space Transportation), Boeing и Bigelow Aerospace, США, 2010- настоящее время.
Компанией Boeing и Bigelow Aerospace создается МКА капсульного типа CST-100 (рисунок 1.11). Данный аппарат предназначен для доставки груза и экипажа (до 7 человек) на низкую околоземную орбиту. Диаметр капсулы составляет 4,56 м, высота – 5,03 м [22, 23].
Рисунок 1.11 – CST-100 ( Crew Space Transportation), Boeing и Bigelow Aerospace, США, 2010 [23]
Аппарат будет состоять из одноразового головного обтекателя и, капсулы, которая может использоваться до 10 полетов. В качестве теплозащиты капсулы используются плитки BRI-18 (Boeing Rigid Insulation-18 pounds per cubic foot density), а также гибкая ТЗП AFRSI (Advanced Flexible Reusable Surface Insulation Blankets) [24]. BRI-18 разработан в 2005 году и на данный момент, по утверждениям НАСА, является самым ударопрочным ТЗП [25].