Абляційний захист

Абляці́йний (теплови́й) за́хист (від лат. ablatio — відбирання; віднесення маси), абляці́йне охоло́дження або теплови́й за́хист за допомо́гою руйнівни́х покри́ть — технологія та засіб теплового й ерозійного захисту космічних апаратів й ракетних двигунів на основі покриття теплонапружених поверхонь матеріалами, на нагрівання, плавлення та сублімацію яких витрачається значна кількість тепла, що надходить з високотемпературними швидкісними газовими потоками та супроводжується виносом цих матеріалів.

Тепловий абляційний захист капсули командного модуля Аполлон-11 після повернення. Видно абляційний захист, що постраждав при вході в атмосферу

Спускний апарат космічного корабля «Восток-1», на якому Юрій Гагарін здійснив космічний політ. На зовнішній поверхні видно залишки абляційного покриття темно-коричневого кольору

Принцип роботи

Температура на поверхні космічного апарату під час входження в атмосферу досягає декількох тисяч градусів, абляційний захист, як важлива складова теплового екрану, у таких умовах поступово згоряє, руйнується та виноситься потоком, відводячи тепло від корпуса апарата. Крім цього є додатковий загороджувальний ефект внаслідок видування у зовнішнє середовище порівняно холодних газоподібних продуктів руйнування теплозахисного матеріалу.

Цей метод використовується для захисту від аеродинамічного нагрівання головних частин балістичних ракет і космічних апаратів при вході з великою швидкістю в щільні шари атмосфери, а також для захисту камери згоряння і сопел ракетних двигунів, особливо твердопаливних двигунів, де використання інших методів теплового захисту є утрудненим. Цей метод характеризується підвищеною надійністю у порівнянні з активними методами теплозахисту.

Моделювання

Сучасні підходи до моделювання полягають у застосуванні (гідродинаміки згладжених частинок) в рамках балістики для розгляду процесів сколювання.

Структура абляційного захисту

Однією з найважливіших характеристик матеріалу є його абляційна стійкість, що залежить від хімічної природи, структури, теплофізичних та міцнісних властивостей матеріалу. Такого роду теплозахисні покриття виконуються багатошаровими і їх матеріали є складними композиціями, що складаються як мінімум з двох компонентів: наповнювача та зв'язки.

Завдання наповнювача — поглинути у процесі руйнування за рахунок фізико-хімічних перетворень якомога більшу кількість тепла. Завдання зв'язки — забезпечити на високому рівні механічні та теплофізичні властивості матеріалу в цілому. Покриття конструктивно складається з силового набору елементів й «обмазки» на основі фенол-формальдегідних смол чи аналогічних за характеристиками матеріалів. Прикладами руйнівних теплозахисних покрить є асбесто-текстолітові матеріали, кварцові композити, абляційні склопластики, вуглепластики та інші пластмаси на органічних чи кремнійорганічних в'яжучих.

Використання

Абляційний теплозахист використовувався у конструкціях усіх спускних апаратів з перших років розвитку космонавтики — у серіях кораблів «Восток», «Восход», «Меркурій», «Джеміні», «Аполлон», «ТКС», й далі використовується в кораблях «Союз» та «Шеньчжоу».

Абляційне покриття також використовується для захисту камери згоряння й сопла РРД від перегрівання.

Альтернативою до абляційного теплозахисту є використання термостійких теплозахисних плиток («Спейс Шаттл», «Буран»).

Абляційний захист у фантастиці

• У фантазійному всесвіті «Зоряний шлях» абляційне (аблятивне) бронювання використовується для захисту від променевої зброї.
• У відеоіграх серії «Mass Effect» абляційні матеріали застосовуються для зміцнення броні.

Див. також

• (Абляція)

Примітки

1. «Абляція» [ 11 червня 2016 у Wayback Machine.] в УРЕ.
2. Federico Bariselli, Hermes Scandelli, Aldo Frezzotti, Annick Hubin, Thierry E. Magin - A coupled DSMC-SPH solver to study atmospheric entry ablation in the presence of a rarefied gas phase.
3. Абляційний склопластик — теплостійкий склопластик, відмітною властивістю якого є здатність до керованої деструкції під дією інтенсивних теплових потоків // ДСТУ 2241-93.

Джерела

• ДСТУ 2241-93. Матеріали композитні склопластики. Терміни та визначення.
• Салахутдинов Г. М. Тепловая защита в космической технике. [ 5 серпня 2020 у Wayback Machine.] — М.: Знание, 1982. — 64 с. — (Новое в жизни, науке, технике. Сер. «Космонавтика, астрономия»; № 7).
• Полежаев Ю. В., Юревич Ф. Б. Тепловая защита. — М.: Энергия, 1976. — 392 с.
• Душин Ю. А. Работа теплозащитных материалов в горячих газовых потоках /Ю. А. Душин. Л.: Химия, Ленингр. отд-ние, 1968. — 224 c.

Посилання

• «Абляционные материалы» [ 4 вересня 2010 у Wayback Machine.] // «Химическая энциклопедия» (рос.)