新型隔热罩可在重返大气层时保护下一代可重复使用航天器

航天器安全返回地球的最大障碍是我们自己的大气层。就像我们星球周围的空气层保护我们免受宇宙射线和不断降落到我们身上的流星的伤害一样，它也会烧毁轨道衰减的卫星——前提是它们没有配备特殊保护。

当今最常用的隔热罩由苯酚塑料制成。这些隔热罩最早开发于 20 世纪 50 年代，通过所谓的烧蚀屏蔽保护返回的航天器。它通过蒸发塑料并在造成损坏之前带走热量来处理航天器以超音速撞击大气层时产生的热量。

它有效，但只能通过破坏防护罩来使用，因此只能使用一次，使用寿命非常有限。美国宇航局为 20 世纪 80 年代开始飞行的航天飞机开发了一种替代方案。航天飞机机队使用了一种由大量陶瓷碳化硅瓦片制成的隔热罩。这些隔热罩的工作原理是吸收热量并非常缓慢地释放热量。事实上，它释放热量的速度非常慢，即使它已经白热化，也可以安全地拿起其中一块隔热瓦，只要你抓住锋利的边缘。

不幸的是，这些隔热瓦有一些重大缺点。航天飞机的底面上必须贴上超过 24000 块 6×6 英寸 (15×15 厘米) 的硅纤维隔热瓦。每一块都必须用模具手工制作，并加热到 2350 °C (4262 °F)。在实践中，这些瓷砖很容易松动和脱落。它们也非常脆弱，2003 年哥伦比亚号航天飞机发射期间，隔热层脱落，导致大量隔热层受损，机翼边缘未受保护，撞上大气层，导致航天器完全损毁。

Sierra Space 的 Dream Chaser 轨道器上安装的新隔热层采用碳化硅和碳纤维的组合，可提供保护、高强度和稳定的飞行动力。此外，新的制造技术使这些隔热层的生产劳动强度大大降低。结果是隔热板从 20 世纪 80 年代 NASA 每年发射五次航天飞机时开始，发展到可以每天发射五次的下一代隔热板。它将用于 Sierra Space Dream Chaser，这是有史以来第一架有翼商用太空飞机，旨在将机组人员和货物运送到低地球轨道。

ORNL 首席研究员 Greg Larsen 说：“实现由快速着陆到发射周转时间驱动的飞行节奏的关键是 TPS 的可重复使用性。我们正在探索的材料将突破可重复使用的界限，这将直接转化为太空接入提供商的商业可行性。”