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HYBRID ABLATIVE DEVELOPMENT FOR RE-ENTRY IN PLANETARY ATMOSPHERIC THERMAL PROTECTION

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Un blindaje híbrido ablativo-cerámico pensado para las reentradas

La reentrada atmosférica de las naves espaciales requiere sistemas de protección térmica (TPS) de altas prestaciones que puedan soportar cargas térmicas extremas. Un equipo de investigadores financiado por la UE ha desarrollado un sistema que puede reducir la dependencia de tecnologías espaciales extranjeras.

Tecnologías industriales

En misiones como un retorno de muestras a la Tierra o una entrada a la atmósfera de un planeta gigante gaseoso como Júpiter, las cargas térmicas son muy superiores a las que se dan durante la reentrada desde una órbita terrestre baja. En general, esas misiones son de difícil realización y dependen en particular del peso del vehículo espacial. Los materiales ablativos, diseñados para que se consuman mediante una combustión controlada, ofrecen muy buenas perspectivas de cara a su aplicación a los vehículos de reentrada atmosférica. No obstante, en Europa la investigación realizada sobre esos materiales desde la década de los años ochenta ha sido mínima. A día de hoy, el desarrollo se contempla como un factor importante a la hora de reducir la dependencia de otros países en lo relativo a una tecnología tan crítica como la espacial. En este contexto, unos investigadores dotados con fondos europeos pusieron en marcha el proyecto HYDRA (Hybrid ablative development for re-entry in planetary atmospheric thermal protection). Su propósito ha sido desarrollar un sistema de protección térmica innovador a partir de combinar materiales ablativos con materiales reutilizables, que exhiba prestaciones superiores a las de los materiales convencionales a base de carbono y fenoles. Este sistema nuevo comprende un blindaje exterior ablativo que posee una resistencia térmica superior, montado sobre termoestructuras ligeras de masa reducida, fabricadas a partir de compuestos de matriz cerámica (CMC). Este diseño híbrido mejorará la protección térmica y la resistencia a la corrosión, además de mejorar la absorción de choques y la tolerancia a daños. Los investigadores del proyecto HYDRA han elegido las misiones de reentrada a la Tierra como punto de partida para desarrollar las especificaciones de este TPS híbrido. Se ha elaborado una matriz de materiales ablativos de vanguardia que cumple con los criterios de compromiso seleccionados entre las especificaciones más relevantes, prestándose especial atención a la normativa gubernamental estadounidense sobre tráfico comercio internacional de armas (ITAR). El equipo ha seleccionado dos materiales distintos para el blindaje térmico: el primero consiste en un fieltro de grafito impregnado de una resina fenólica, y el segundo es un material compuesto avanzado a base de corcho. También se han escogido los compuestos de matriz cerámica. Después de una selección preliminar entre todos los materiales, aquellos seleccionados se han ensayado exhaustivamente para caracterizar sus comportamientos ante choques térmicos, condiciones oxidantes extremas y vibraciones. Asimismo, los investigadores han elaborado modelos teóricos que les faciliten el diseño de un blindaje térmico para un vehículo de reentrada con forma semejante a la del Apolo. Este diseño se basa no solamente en la capa superior doble sino también en un aislante que rompe el puente térmico entre la subestructura y el TPS híbrido. Este concepto supone un ahorro en masa cercano al 40 % en comparación al sistema ablativo convencional único. El sistema híbrido desarrollado y madurado en el transcurso del proyecto HYDRA aportará una reducción significativa de masa y al mismo tiempo un aumento de los límites de temperatura. Cabe esperar que resuelva los desafíos planteados por futuras misiones espaciales a la par que libere a la industria espacial europea de su dependencia de tecnologías de origen extranjero.

Palabras clave

Reentrada atmosférica, sistemas de protección térmica, materiales ablativos, compuestos de matriz cerámica, industria espacial

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