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喷涂泡沫助力NASA进行宇航员登月活动

2021-03-15 16:07:12 来源: 作者: 阅读量:3509

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导读:《喷涂泡沫杂志》与美国航空航天局(NASA)对话,并探讨了喷涂泡沫将如何在其猎户座宇宙飞船的壮观发射中发挥作用。太空发射系统
 
《喷涂泡沫杂志》与美国航空航天局(NASA)对话,并探讨了喷涂泡沫将如何在其猎户座宇宙飞船的壮观发射中发挥作用。



太空发射系统将被喷涂泡沫覆盖

NASA一直致力于在2024年之前让美国宇航员登陆月球,而喷涂泡沫在登月任务中发挥着重要作用。太空发射系统(SLS)是NASA进行深空探测的核心部分,它将使猎户座飞船比以往任何时候都能进入太空更远。SLS将使用各种施工方式被喷涂泡沫基本覆盖。

许多人都回想起阿波罗计划(美国载人登月飞行任务),该计划将人类第一次送上月球。NASA的135次航天飞机飞行任务、20年的国际空间站(轨道上有史以来最大的结构)建设以及18年的人类持续登陆太空使我们学会了在太空中的生活和工作。目前处于试验阶段,NASA的下一个冒险活动-阿尔特弥斯计划,从SLS脱离发射台开始,为人类探索和发现的新时代铺平了道路。

SLS火箭级是有史以来最大的火箭级,将为阿尔特弥斯1号加燃料。该火箭的核心是核心阶段。


关于核心阶段

核心阶段高212英尺,直径27.6英尺,可容纳230万磅推进剂。这种低温材料将为四台发动机提供燃料,产生200万磅推力,以MACH 23的速度将其运载到深空(只需8.5分钟即可达到比17,000英里/小时更快的速度)。核心阶段由五个部分组成,这些部分带有可容纳733,000加仑低温材料(液态氢和液态氧)的储罐。每个部分都用喷涂泡沫进行绝热。截至发稿时,核心阶段处于密西西比州斯坦尼斯太空中心的第一个测试阶段,该团队由致力于喷涂泡沫的制造、应用和测试的工程师组成。

SLS火箭的核心阶段是从新奥尔良的NASA米乔德装配厂运往该机构的飞马号驳船。整个核心阶段均喷涂泡沫,当暴露于紫外线时,泡沫变为橙色。

为什么选择喷涂泡沫?

使火箭的推进剂(液态氢和液态氧)保持足够低温以保持液态对于发射火箭至关重要。537,000加仑的液态氢必须保持在零下423°F,而196,000加仑的液态氧必须保持在零下297°F。由于上升过程中发生的大气摩擦,这是至关重要的。

必须将液态氢和液态氧保持在这些低温下,以便为发动机提供适当调理的推进剂。因此,必须将核心阶段的整个外部以及所有其他复杂的零部件(例如管路、阀门、软管等)绝热到最高标准,因为在这样的项目上绝对没有任何错误的余地。在某些较小的区域中,已涂有耐候涂层的软木也可用作绝热体。



喷涂泡沫的发展

喷涂泡沫在阿波罗飞行任务中得到了一定程度的使用。但是,在航天飞机项目期间,NASA真正将其喷涂泡沫的使用提升到了另一个层次。随着NASA继续关注喷涂聚氨酯泡沫绝热材料的优势,他们发现了最适合该用途的材料类型,包括泡沫材料的各种使用方法和哪种方法在哪些零件上效果最佳。美国环境保护局(EPA)法规也推动了泡沫的发展。为了改善效果并满足NASA的独特需求,他们现在正在使用第三代泡沫开发产品。

这种喷涂泡沫是闭孔聚氨酯的一种轻质变体,符合EPA规定,并含有HFC-245fa发泡剂,到目前为止,工程师们说它们的性能非常好。NASA与值得信赖的供应商紧密合作,共同开发其独特类型的泡沫,这种泡沫重量轻,处于发射和飞行环境时具有良好的退缩特性,并且具有足够的柔韧性以限制极端低温下的裂缝和脱粘。

多年来,NASA与一些主要的喷涂泡沫制造商建立了良好的合作关系,工程师们与之合作,为他们的任务制得了理想的喷涂泡沫。NCFI、J6 Polymers和Utah Foam Products等公司与NASA紧密合作,为每个任务开发喷涂泡沫。



喷涂泡沫的应用

在需要喷涂泡沫的每个器件上,工程师会根据器件的大小、难易程度和复杂程度来寻找三种不同的施工选择。三种选择是手动喷涂、机器人喷涂和灌注泡沫。装有低温推进剂的大型储罐的整个外部都使用NCFI泡沫由机器人喷涂。它进入作业单元,机器人从一端喷到另一端。拱顶以手动喷涂优先。大面积区域、内部储罐的外部和前裙板均由机器人喷涂,而其他部分则由手动喷涂。较小的硬件,例如内部燃料管线、阀门和支架,将用灌注泡沫来绝热。将泡沫混合并倒入模具中,然后使其膨胀以填充其进入的形状。NASA使用独特的3D打印工艺制作定制模具。某些器件具有独特的几何形状,或者位于火箭中难以用喷涂泡沫覆盖的位置。3D打印模具能够对绝热材料进行塑形以保护特别器件。

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