Новый метод быстрой оценки теплозащиты ракет

Инженеры из Национальных лабораторий Сандиа разработали инновационный подход для ускоренной оценки новых материалов теплозащиты, критически важных для гиперзвуковых аппаратов. Этот трехлетний проект объединил компьютерное моделирование, лабораторные эксперименты и летные испытания для более глубокого понимания поведения тепловых щитов под экстремальными температурами и давлениями. Новая методика позволяет значительно быстрее прогнозировать их эффективность.

Гиперзвуковой полет означает движение со скоростью, в пять раз превышающей скорость звука, или более 3800 миль в час. В отличие от многоразовых космических кораблей, теплозащитные системы гиперзвуковых ракет одноразовые.

Разработанный метод основан на создании ускоренной вычислительной модели, которая имитирует поведение теплозащитных материалов. Для этого использовались данные, полученные в результате экспериментов в плазменной установке, имитирующей условия, близкие к поверхности Солнца, а также в аэродинамической трубе, воспроизводящей условия полета на скорости Мах 10. Материалы варьировались от обычного графита до сложных углеродных и керамических композитов.

Компьютерное моделирование, основанное на данных лабораторных тестов, позволило создать модель, способную просчитывать тысячи вариантов за считанные секунды, в отличие от дней, которые требовались полным моделям на суперкомпьютерах. Эта оптимизированная модель, подобно сжатому JPEG-файлу, сохраняет ключевые особенности, игнорируя второстепенные детали, что делает ее в 90% случаев точной по сравнению с полными моделями.

Для подтверждения надежности разработанных моделей были проведены летные испытания образцов теплозащитных материалов на суборбитальных ракетах. Эти испытания, проводимые в реальных условиях, позволили собрать ценные данные о химических изменениях и степени абляции материалов. В будущем планируется испытание нового плиточного теплозащитного элемента на носовой части возвращаемой капсулы, что позволит детально изучить его состояние после полета и повысить достоверность моделей.