Mokslininkai užfiksavo 3D vaizdą, kaip kaitinamas skyla šiluminės apsaugos skydo medžiaga
Illinois universiteto tyrėjai kartu su NASA ir Berkeley nacionalinės laboratorijos sinchrotroninės spinduliuotės šaltiniu Advanced Light Source gavo kadrų sekos 3D vaizdą, rodantį, kaip kaitinant skyla šiluminės apsaugos skydo medžiaga.
Iki šiol inžinieriai turėjo tik bandinio vaizdus prieš bandymą ir po jo, o tai, kas vyko medžiagos viduje per tas minutes, tekdavo atkurti skaičiavimais.
Hipergarsinio įėjimo į atmosferą metu skydas susiduria su didesne nei 1650 °C temperatūra ir apsaugo dėl abliacijos: išoriniai sluoksniai kontroliuojamai skyla ir taip išneša šilumą.
Šiam procesui stebėti komanda naudojo rentgeno mikrotomografiją tiesiog kaitinimo metu kameroje, kurioje galima atskirai nustatyti temperatūrą, slėgį ir dujų sudėtį. Bandiniai buvo įkaitinti iki 900 °C – viršutinės ribos diapazone, kuriame medžiaga pradeda irti, o vaizdai fiksuoti mikrometrų lygio detalumu.
Tyrėjams teko rinktis tarp greito didelio tūrio skenavimo su mažesne raiška ir lėtesnio, bet detalesnio vaizdo. Šį kompromisą jie apėjo pasitelkę generatyvinį-priešinamąjį neuroninį tinklą: jis buvo apmokytas naudojant ryškius nejudančio bandinio vaizdus prieš kaitinimą ir po jo, o vėliau per jį perleista visa „gyvų” skenų serija. Taip gautas pilnas didelės raiškos viso proceso įrašas.
Buvo lyginami du serijiniai itin lengvi abliatoriai – SLA-220 ir SLA-561V, naudojami NASA erdvėlaivių galiniuose gaubtuose. SLA-561V struktūrinis užpildas yra kamštis – ta pati medžiaga, naudojama vyno kamščiuose. Kaitinant jis chemiškai skyla ir išnyksta, palikdamas visame tūryje izoliuotas ertmes.
SLA-220 organinių medžiagų nėra, todėl jo silikoninė matrica vietoje to suformuoja tankų tarpusavyje sujungtų kanalų tinklą. Karštos dujos šiose dviejose struktūrose elgiasi labai skirtingai, ir būtent tai lemia, kaip skydas atlaiko įėjimą į atmosferą.
Praktinę šių skirtumų svarbą parodė Artemis I misija. Orion kapsulės Avcoat apanglėjęs sluoksnis pradėjo atskilinėti, nes pirolizės dujos kaupė slėgį medžiagos viduje ir ją suplėšė. Antžeminiai bandymai to neužfiksavo, nes juose kaitinimas vyko gerokai greičiau, todėl sluoksnis tapdavo laidus ir galėdavo ramiai išleisti dujas.
Po skrydžio NASA gabeno skydo bandinius būtent į Advanced Light Source. Tuo metu Artemis II šiluminė apsauga jau buvo surinkta Kennedy kosmoso centre. Modeliai, kuriais skaičiuojamas jos elgesys, dabar remiasi tiesioginiais matavimais to, kas vyksta medžiagos viduje degimo metu.
