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.
