Легендарный «Шаттл» NASA возвращался в атмосферу Земли на огромной скорости, нагреваясь до абсурдно высоких температур — но при этом он выдерживал все нагрузки. Портал SlashGear рассказал, как NASA защитила «Шаттл» от перепадов температур и причем здесь керамические плитки.
Для контекста, планер орбитального аппарата «Шаттла» состоит из алюминия: он смягчается при температуре 177 градусов Цельсия. Чтобы защитить экипаж и саму машину от экстремального перегрева, инженеры NASA использовали специальные тепловые щиты в виде плитки. Они были частью т.н. системы термальной защиты (или TPS), впервые примененной на шаттле «Колумбия». Первая итерация системы была настолько сложной в установке, что из-за нее запуск аппарата пришлось отложить на полтора года.
TPS состояла из двух типов стеклокерамических плиток разной композиции, плотности и теплоемкости. Каждая плитка обладала уникальной формой и толщиной в зависимости от расположения на шаттле. Один набор плиток обеспечивает защиту от теплового шока, другой повышает прочность, третий совмещает и то, и другое. Помимо этого, TPS защищала шаттл и от экстремально холодных температур: при 90-минутном полете на орбите обшивка аппарата может варьироваться от -93 до 93 градусов Цельсия.
Для производства плиток NASA выбрала специфический материал — обработанный песчаный кварц. После формирования волокон и добавления различных химикатов, материал разливали по формочкам, после чего машины придавали им вид индивидуальных плиток. Напомним, в TPS ни одна плитка не похожа на другую. Затем плитки обжигаются при очень высоких температурах для активации керамической связи — она нужна, чтобы между волокнами материала появилась связь. Наконец, после этого плитки обрабатывались стеклянным покрытием и еще раз обжигались в горниле в течение полутора часов.
Но плитки недостаточно изготовить: их нужно еще и сделать частью шаттла. Для этого инженеры использовали изолирующие прокладки и силиконовые клеящие средства, вулканизирующиеся при комнатной температуре. Прорехи между плитками заполнялись филлером, который предусматривал температурное расширение. А для защиты тех элементов шаттла, что нагревались поменьше, NASA использовала большие фрагменты изоляционного материала.
TPS насчитывает 24 300 плиток и 2 300 гибких фрагментов изоляционного материала, поэтому после каждого полета специалисты тщательно проверяли аппарат на предмет повреждений. Для полного техосмотра и замены пострадавших элементов порой требовалось от четырех до пяти месяцев. Хотя NASA постоянно совершенствовала систему термальной защиты, между каждым запуском инженерам приходилось менять в среднем 125 плиток.