3D-MAT – nowy materiał ochrony termicznej NASA
3-Dimensional Multifunctional Ablative Thermal Protection System (3D-MAT) to materiał ochrony termicznej opracowany jako krytyczny element Oriona, najnowszego statku kosmicznego NASA zbudowanego z myślą o załogowych misjach kosmicznych.
Jak tłumaczą inżynierowe NASA materiał, jest w stanie utrzymać wysoki poziom wytrzymałości, jednocześnie będąc poddanym na ekstremalne temperatury podczas ponownego wejścia w atmosferę ziemską pod koniec misji Artemis na Księżyc. 3D-MAT stał się niezbędnym elementem technologii dla kampanii NASA Artemis, która stworzy podstawy dla długoterminowej eksploracji naukowej Księżyca i położy podwaliny pod załogowe misje na Marsa.
Projekt 3D-MAT był wypadkową problemu technicznego we wczesnych projektach statku kosmicznego Orion. Podczas pierwszego lotu testowego, Exploration Flight Test-1, w 2014 roku, wystąpiły problemy z panelem kompresyjnym – interfejsem łączącym moduł załogowy, w którym przebywają astronauci, z modułem serwisowym przenoszącym zasilanie, napęd, zapasy i inne elementy.
Inżynierowie NASA zdali sobie sprawę, że muszą znaleźć nowy materiał na podkładkę kompresyjną, która mogłaby utrzymać te różne elementy Oriona razem, jednocześnie wytrzymując ekstremalnie wysokie temperatury ponownego wejścia w atmosferę. Wykorzystanie splotu 3D w materiałach osłon termicznych NASA było już badane przez naukowców, ale po odkryciu potrzeby nowego materiału na podkładkę kompresyjną, rozwój przyspieszył.
Jak tłumaczą badacze, doprowadziło to do ewolucji 3D-MAT, materiału tkanego z przędzy kwarcowej i żywicy cyjanianowo-estrowej w unikalnej trójwymiarowej konstrukcji. Zastosowana przędza kwarcowa przypomina, zdaniem naukowców, bardziej zaawansowaną wersję izolacji z włókna szklanego, a żywica jest zasadniczo zaawansowanym technologicznie klejem. Te gotowe materiały lotnicze zostały wybrane ze względu na ich zdolność do utrzymania wytrzymałości i zatrzymywania ciepła w ekstremalnie wysokich temperaturach.
3D-MAT jest tkany za pomocą specjalistycznego krosna, które ściśle łączy przędze, a następnie, jak wskazują inżynierowie, wstrzykuje żywicę przy użyciu unikalnego procesu ciśnieniowego. Rezultatem jest wysokowydajny materiał, który jest niezwykle wytrzymały, gdy jest gorący, a jednocześnie izoluje ciepło ze statku kosmicznego, który chroni.
W ciągu trzech lat 3D-MAT przeszedł od wczesnej koncepcji do dobrze rozwiniętego materiału i został zintegrowany z flagową kampanią NASA Artemis. Wykorzystanie 3D-MAT w podkładce kompresyjnej statku kosmicznego Orion podczas udanej misji Artemis I wykazało zdaniem badaczy istotną rolę tego materiału w wysiłkach NASA związanych z lotami kosmicznymi.
Rozwój ten był możliwy w tak krótkim czasie dzięki współpracy zespołu z małymi firmami prywatnymi, takimi jak Bally Ribbon Mills, która opracowała proces tkania, oraz San Diego Composites, która wspólnie z NASA opracowała procedurę infuzji żywicy.
Emil Gołoś
