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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