Il programma BFR di SpaceX persegue lo scudo termico avanzato della nave stellare con l'aiuto della NASA

Nov 19, 2023

Secondo un accordo Space Act firmato da SpaceX e dall'Ames Research Center della NASA nel giugno 2018, la società privata ha iniziato a collaborare con la NASA per acquisire alcune esperienze di base e lezioni apprese con un materiale di protezione termica (scudo termico) che è in gran parte nuovo per SpaceX. .

Conosciuto come TUFROC (abbreviazione di Toughened Uni-piece Fibrous Reinforced Oxidation-Resistant Composite), il materiale sviluppato dalla NASA Ames è in grado di resistere a temperature fino a 1700 C (~ 3100 F) ed è apparentemente un elemento di interesse per il prossimo progetto di SpaceX. programma missilistico gen BFR (Starship/Super Heavy), in particolare lo scudo termico di Starship.

Per quanto ne sa il pubblico, SpaceX non ha mai tentato di produrre o utilizzare una tecnologia di scudo termico come TUFROC. Rientrando in un dominio di materiali di protezione termica noti come compositi a matrice ceramica (CMC), TUFROC è essenzialmente un termine generico che copre qualsiasi sistema di protezione termica che combina un cappuccio di carbonio, una base di silice e un rivestimento di vetro polimerizzato per prevenire l'ossidazione. Negli ultimi anni, lo spazioplano segreto X-37B della Boeing ha dimostrato con successo il riutilizzo del TUFROC dopo i rientri a velocità orbitale, confermando che il materiale è in grado di sopravvivere a tali condizioni subendo un'ablazione minima o nulla.

Il profilo rimane più o meno lo stesso, ma i materiali fondamentali cambiano per cellula, serbatoi e scudo termico

— Elon Musk (@elonmusk) 25 novembre 2018

Proprio come SpaceX ha preso in prestito la tecnologia dello scudo termico PICA (ablatore di carbonio impregnato di fenolico) sviluppata dalla NASA e l'ha notevolmente migliorata per un uso economicamente vantaggioso su Cargo (e presto Crew) Dragon, il concetto di base dietro le capacità di schermatura termica di TUFROC probabilmente si presta altrettanto bene bene a potenziali miglioramenti in termini di riduzione dei costi, facilità di produzione, resistenza meccanica, caratteristiche di protezione termica e altro ancora.

A differenza delle piastrelle di carbonio-carbonio fatalmente fragili utilizzate sullo Space Shuttle, gli omonimi aspetti "rinforzati con fibre" del TUFROC lo rendono anche notevolmente più resistente alle forze legate all'impatto come quelle che hanno portato al disastro del Columbia, pur preservando l'impressionante resistenza al calore del composito. La NASA classifica già TUFROC come un TPS “a basso costo”, indicando inoltre che SpaceX potrebbe facilmente ridurre i costi di produzione in misura significativa.

Ciò che non è chiaro su questa relazione in erba è come esattamente SpaceX prevede TUFROC o un derivato dello scudo termico personalizzato che si inserisce nel suo programma BFR. Attualmente, il TPS è stato dimostrato solo sull'X-37B come un vero e proprio caso limite, sostituendo una più tradizionale piastrella di silice sui bordi d'attacco delle ali del piccolo veicolo spaziale, dove il riscaldamento al rientro è spesso il più estremo. È possibile che SpaceX sia interessata a TUFROC per gli stessi motivi: utilizzarlo per coprire le pinne anteriori e posteriori di BFS/Starship e nient'altro.

Tuttavia, potrebbe darsi che SpaceX speri che un TUFROC-X migliorato possa essere fattibile come materiale monolitico di protezione termica unico per tutti nel booster Super Heavy del BFR e nello stadio superiore dell'astronave. Essere costretti a gestire una varietà di materiali TPS diversi aumenta inevitabilmente la complessità e il costo di un dato veicolo spaziale, quindi essere in grado di ridurre significativamente il numero di materiali necessari potrebbe essere un vantaggio per Starship.

L'accordo Space Act della NASA e di SpaceX può essere trovato qui [PDF].

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