“Amorim Cork Solutions”公司宣布,将为欧洲航天局(ESA)的 DRACO 任务提供基于木栓的 P50 热防护材料。该任务计划于 2027 年发射,旨在记录卫星进入地球大气层时如何解体的稀有数据,这在刻意破坏的环境中保护数据是一项独特的工程挑战。
DRACO 任务:为了知识而破坏
DRACO 任务(Destructive Reentry Assessment Container Object 的缩写)是首个旨在通过受控方式故意解体航天器的实验。该航天器将配备约 200 个传感器和 4 个摄像头,以精确记录解体过程。技术难题在于,航天器的设计初衷就是为了损毁,但其收集的数据必须幸存下来并传达给科学家。
这就是直径 40 厘米的生存舱发挥作用的地方,它将装载敏感设备和记录的数据。当航天器主体解体时,该生存舱必须能够坚持足够长的时间以发送信息,然后才面临最终的命运。为了实现这一目标,选择了“Amorim”公司的 P50 材料来构成生存舱的热防护盾。
P50 材料的特性与极端环境测试
P50 材料是一种轻质的“烧蚀型”(Ablative)材料,它利用木栓的天然特性,并通过工程处理使其适应太空环境。这些材料通过外层的逐渐烧蚀来吸收并耗散热量,从而保护内部结构免受大气摩擦产生的巨大高温影响。
生存舱的热防护系统在比利时的“冯·卡门流体动力学研究所”(VKI)接受了广泛测试。研究人员利用等离子体流来模拟生存舱实际将面临的热力学和空气动力学条件。该研究所的专家证实,P50 材料作为一种强大且可靠的绝缘体表现出了极高的效率,此外它还是一种商业可得的材料,其热行为可以被精确预测。
航天器设计在实践中会发生哪些变化?
该任务是欧洲航天局名为“零碎片”(Zero Debris)战略的核心部分,该战略旨在到 2030 年减少地球轨道和月球轨道上的空间碎片。通过了解材料在大气层中如何解体,工程师未来可以:
- 优化再入模型:开发更精确的模拟软件,以预测卫星部件燃烧的位置和方式。
- 为消亡而设计 (Design for Demise):使用确保在进入大气层时完全燃烧的材料和设计来建造卫星,从而降低碎片坠落到人口稠密地区的风险。
- 增强太空可持续性:通过简化安全处置过程,减少轨道上废弃物体的数量。
在最复杂的太空任务之一中使用木栓这样的天然材料,突显了将可持续解决方案与先进技术相结合的趋势,因为木栓固有的热特性提供了某些合成材料无法在相同重量和效率下提供的保护。