NASA의 도움으로 첨단 우주선 열 차폐를 추구하는 SpaceX의 BFR 프로그램

Nov 19, 2023

2018년 6월 SpaceX와 NASA의 Ames Research Center가 체결한 우주법 협정에 따르면 민간 기업은 SpaceX에 거의 새로운 열 보호(열 차폐) 소재로 기본적인 경험과 교훈을 얻기 위해 NASA와 협력하기 시작했습니다. .

TUFROC(Toughened Uni-piece Fibrous Reinforced Oxidation-Resistant Composite의 줄임말)로 알려진 NASA Ames가 개발한 재료는 1700C(~3100F)의 높은 온도를 견딜 수 있으며 SpaceX의 다음 제품에 관심이 있는 항목인 것 같습니다. Gen BFR(Starship/Super Heavy) 로켓 프로그램, 특히 Starship의 방열판.

대중이 알고 있는 한, SpaceX는 TUFROC과 같은 열 차폐 기술을 제조하거나 활용하려고 시도한 적이 없습니다. CMC(세라믹 매트릭스 복합재)로 알려진 열 보호 재료 영역에 속하는 TUFROC는 본질적으로 산화를 방지하기 위해 탄소 캡, 실리카 베이스 및 경화 유리 코팅을 결합하는 모든 열 보호 시스템을 포괄하는 포괄적인 용어입니다. 최근 몇 년 동안 보잉의 비밀 X-37B 우주선은 궤도 속도 재진입 후 TUFROC 재사용을 성공적으로 시연하여 재료가 절제를 최소화하거나 전혀 겪지 않으면서 이러한 조건에서 살아남을 수 있음을 확인했습니다.

윤곽은 거의 동일하게 유지되지만 기본 재료가 기체, 탱크 및 방열판으로 변경됩니다.

— 엘론 머스크(@elonmusk) 2018년 11월 25일

SpaceX가 NASA에서 개발한 PICA(페놀 함침 탄소 제거기) 열 차폐 기술을 빌려 Cargo(및 곧 Crew) Dragon에서 비용 효율적으로 사용할 수 있도록 극적으로 개선한 것처럼 TUFROC의 열 차폐 기능 뒤에 있는 기본 개념은 비용 절감, 제조 용이성, 기계적 강도, 열 보호 특성 등의 잠재적인 개선이 가능합니다.

우주 왕복선에 사용된 치명적으로 깨지기 쉬운 탄소-탄소 타일과 달리 TUFROC의 이름을 딴 "섬유 강화" 측면은 컬럼비아 재난을 초래한 것과 같은 충격 관련 힘에 대한 저항력을 획기적으로 강화하는 동시에 복합재의 인상적인 내열성을 유지합니다. NASA는 이미 TUFROC을 "저비용" TPS로 분류했으며, 이는 SpaceX가 생산 비용을 상당한 정도로 쉽게 절감할 수 있음을 나타냅니다.

이 신진 관계에 대해 명확하지 않은 점은 SpaceX가 BFR 프로그램에 맞는 TUFROC 또는 맞춤형 열 차폐 파생물을 정확히 어떻게 예측하는지입니다. 현재 TPS는 X-37B에서만 문자 그대로 엣지 케이스로 시연되었으며, 재진입 가열이 가장 극단적인 경우가 많은 소형 우주선 날개의 앞쪽 가장자리에 있는 보다 전통적인 실리카 타일을 대신합니다. SpaceX가 같은 이유로 TUFROC에 관심을 가질 가능성이 있습니다. 즉, BFS/스타쉽의 전방 및 후방 핀을 덮는 데만 사용하는 것입니다.

그러나 SpaceX는 개선된 TUFROC-X가 BFR의 Super Heavy 부스터와 Starship 상부 스테이지 전체에 걸쳐 모든 용도에 맞는 모놀리식 열 차폐 재료로 실행 가능하기를 희망하는 경우일 수 있습니다. 다양한 TPS 재료를 처리해야 하면 필연적으로 해당 우주선의 복잡성과 비용이 증가하므로 필요한 재료 수를 크게 줄일 수 있다는 것은 Starship에 도움이 될 수 있습니다.

NASA와 SpaceX의 우주법 협약은 여기 [PDF]에서 확인할 수 있습니다.

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