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3. Principales principios del mejoramiento de la confiabilidad del TPS
Las secciones del WLE y el morro están hechos de materiales compuestos basados en carbono. Son objetos relativamente grandes, con dimensiones típicas de entre 0.5 y 1.5 m, aproximadamente. Por lo tanto, en caso de que se produzca algún daño mecánico, su reparación o reemplazo en las condiciones del vuelo orbital no es realista. La única manera de resolver este problema es desarrollar TPSs reutilizables con estructuras que, luego de haber recibido algún daño, tengan todavía la capacidad de proporcionar un retorno seguro a la Tierra.

El principio básico para la fabricación de tales estructuras consiste en duplicar las funciones de protección térmica, a costa de incrementar la masa del vehículo espacial.

Como un ejemplo clásico, la estructura del morro del vehículo espacial experimental Bor-4 se puede observar en la Figura 9. Este vehículo se utilizó para probar todos los elementos básicos de la protección térmica del transbordador Buran (Lukashevitch y Afanasiev, 2009). En caso de daño a la cubierta externa de carbono-carbono, la capa interna hecha de material compuesto ablativo reforzado de fibra de vidrio, protege al vehículo y proporciona un retorno seguro a la Tierra.
Protección térmica Bor-4...
Protección térmica Bor-4...
Figura 9: Dibujos esquemáticos de la protección térmica dual
para el morro del vehículo espacial Bor-4:
1) cubierta externa de material C-C Gravimol;
2) aislante fibroso blando y liviano;
3) material ablativo tipo fibra de vidrio;
y 4) estructura de soporte fabricada con aleación de aluminio.
(© V. Timoshenko)
La Figura 10 muestra a una de las posibles variantes de WLE para RSV. Tiene dimensiones relativamente pequeñas si se las compara con las del Buran, donde es difícil usar juntas convencionales para montar las estructuras de protección térmica basadas en carbono. La parte frontal interna del ala está hecha de un material compuesto ablativo, PKT-FL, el cual se emplea en la protección térmica del módulo de descenso del Soyuz. Las losetas de protección térmica hechas de cerámica liviana (TZMK-1700) y con fibras de Al2O3, fueron pegadas con un adhesivo al material ablativo. Este material es estable hasta temperaturas por encima de los 2000 K, pero deja de ser reutilizable si es expuesto directamente al plasma. La capa externa del borde de ataque está hecho de material compuesto reutilizable C-SiC, que tiene una temperatura máxima operacional por encima de los 2000 K.
Proteccion termica...
Figura 10: Dibujos esquemáticos de la protección térmica dual para el WLE del RSV:
1) cubierta externa de material compuesto C-SiC;
2) capa blanda intermedia de fibras de Al2O3;
3) losetas cerámicas hechas con el material TZMK-1700;
y 4) material compuesto ablativo PKT-FL.
(© V. Timoshenko) Click para ampliar!
La estructura propuesta para el WLE asegura una explotación reutilizable del RSV si la cubierta externa de C-SiC permanece sin daños. En caso de daño a esta cubierta, el primer nivel de la protección térmica dual es proporcionado por las losetas hechas de TZMK-1700, un material que tiene cierta resistencia a los impactos mecánicos, tal como se mostró con anterioridad (Figura 1). Si esta capa también es dañada, el material ablativo PKT-FL protegerá al vehículo. Por lo tanto, gracias a la doble protección, la seguridad de la estructura principal del RSV se mejoraría significativamente. Esta estructura propuesta, con sistema de protección térmica dual, probablemente requerirá de trabajos de diseño más detallados y de investigaciones experimentales significativas. Sin embargo, este enfoque parece ser el más razonable para la producción de RSVs de nueva generación tripulados que tengan un sistema de protección térmica superior.
4. Multimedia
El “Thermal Protection System” (TPS) del transbordador Buran.
Daño térmico en la estructura metálica del Buran,
en una zona de la superficie inferior del ala izquierda.
Detalles de la estructura interna de los “Wing Leading Edges” (WLEs),
de las alas del transbordador Buran.
 
Mendoza, Argentina, 06 de Mayo de 2017.
Última actualización: 23/05/17
 
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