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图1所示。亚特兰蒂斯号航天飞机于2009年11月16日在佛罗里达州卡纳维拉尔角的肯尼迪航天中心发射
NASA面临着很多挑战在设计航天飞机时必须克服。这种可重复使用的太空飞机将使几步旅行到空间携带宇航员和有效载荷进入低地球轨道。
然后，它将重新进入地球的气氛，并将其滑回到地面上。为了承受与重新进入相关的高温，美国宇航局创建了航天飞机轨道轨道热保护系统（TPS）。
太空旅行背景
总共建造了六个空间班车，其中五个被启动; 哥伦比亚 挑战者、发现 亚特兰蒂斯, 奋进号。 企业是第一架航天飞机，并被用于接近和着陆测试——它没有轨道能力。第一次飞行是在1977年完成的，当时 企业号作为无动力滑翔机由波音747携带，并进行了一些大气测试。1981年，航天飞机 哥伦比亚 made its maiden voyage into space. This success was quickly followed by 挑战者, 发现 和 亚特兰提斯 in 1983, 1984 and 1985 respectively.
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图2。航天飞机准备起飞。图片信用：alan freed / shutterstock.com
奋进号 由1986年建造 Challenger 当航天飞机起飞时，固体火箭助推器的o形环密封失效。飞行73秒后， 挑战者 分开留下没有幸存者。2003年， 哥伦比亚 e在重返大气层时爆炸;一块绝缘泡沫在发射过程中破裂并击中了左翼，航天飞机的隔热层受损，导致了航天飞机的解体。
在这两起事故之后，这种太空旅行的安全性受到了质疑，2011年7月21日，航天飞机 亚特兰蒂斯 完成了最后一次航天飞机飞行，剩下的三架退役了。
热保护系统-材料欧洲杯足球竞彩
所有轨道器都用TPS材料覆盖，以保护航天飞机不受重返大气层时的高温和在太空欧洲杯足球竞彩中经历的低温，温度范围为-121- 1649°C。
有一种复杂的材料，包括TPS，以帮助保持航班期间的宇航员和有效载欧洲杯足球竞彩荷安全。
鼻帽，鼻帽和前起落架门之间的区域，前起落架门后的箭头和机翼的外边缘是由增强碳碳(RCC)复合材料制成的。这种复合材料能够承受高温，并被用于保护航天飞机上升到1260°C以上的区域。对于低于这个温度的温度，NASA使用坚硬的硅砖/纤维绝缘材料。
所用的瓷砖是基于 所进行的工作洛克希德导弹与空间公司他有一项专利披露，描述了一种由陶瓷纤维制成的可重复使用的隔热砖，可以在重返大气层时用于抵御高温。可重复使用的隔热系统可以直接连接到轻型铝机身上，这对NASA来说非常有吸引力，因此TPS的生产重点转向使用瓦片。
TP的大部分包括高温可重复使用的表面绝缘（HRSI）和低温可再现表面绝缘（LRSI）。HRSI和LRSI之间的主要区别是它们上使用的表面涂层。
在HRSI瓷砖上，一层黑色硼硅酸盐玻璃涂层被用于保护航天飞机高达1260°C的区域。在LRSI瓦片上使用了一层白色涂层，该瓦片具有为飞行器热控制目的保持在轨温度所需的光学特性。航天飞机覆盖LRSI的区域温度高达649°C。
这些瓷砖是由洛克希德导弹与空间公司
其中大多数是两种不同的类型;LI-900(其密度为144公斤/米3.)和LI-2200(密度为352公斤/米)3.）.在整个航天飞机项目中，NASA对瓦片进行了改进，并不断提高了他们对热条件的理解。这导致了许多组成变化，使瓦片更有效率。
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图3。TPS中材料的彩色编码分解。欧洲杯足球竞彩
图片来源:维基共享/美国宇航局/加州理工学院
位于门穿透层周围的LI-2200瓷砖最终被纤维耐火复合绝缘材料所取代。这有助于减少航天飞机的总重量。除此之外，特别是在 之后哥伦比亚 美国宇航局希望降低航天飞机受到轨道碎片损坏的脆弱性。这是通过波音公司刚性绝缘的发展实现的。
如图3所示，梭子的很大一部分是涂层Nomex® 毡可重复使用表面绝缘材料。航天飞机的这些区域的温度将低于371°C，包括上部有效载荷舱门，机身中部和机身后部的部分。
一旦 哥伦比亚 该公司的工程师已经开发出了一种高级绝缘材料，称为先进柔性可重复使用表面绝缘材料(ARSI)。ARSIs是一种缝在两层白色织物之间的绗缝织物绝缘复合材料。
在提供耐用性的同时，ARSIs也减少了航天飞机的安装时间和成本。它们取代了大部分lrsi，也帮助两个人减肥 亚特兰提斯 和 发现，这是使用它们的第一个班车。完成后 哥伦比亚的 seventh mission, it was modified and ARSIs were added replacing the LRSIs on the upper wing. 奋进号 是在航天飞机上添加了ARSIs的情况下建造的。
采用应变隔离垫和室温硫化硅胶粘剂将瓷砖粘合在一起。在将应变隔离垫粘接到瓦片上之前，对其内模衬里进行了致密化处理。这有助于均匀分布应力集中载荷跨瓷砖-应变隔离垫界面。通过使用位于瓦片缝隙下方的填充棒，防止气体渗透到瓦片粘合线中。间隙填料也被用于承受高压差和极端空气声激励的位置。
结合表面主要是铝，但也使用了许多其他基质，包括石墨环氧树脂，钛和铍。
额外的材料欧洲杯足球竞彩
空间壳的外壳上有一些区域，需要进一步保护TP无法完全提供。这些主要是TPS瓷砖中的间隙，其经历了差分压力，反应控制系统（RCS）和梭窗口。
窗户上使用了热玻璃，以承受高压和高温，同时工程师们在可操作的渗透孔周围使用了黑色和白色的彩色二氧化硅布作为热空隙填充物。这些包括主/前起落架门，出/进乘员侧舱口，RCS推进器，机身中部通风口门和有效载荷舱门。RCS整流罩由Inconel®制造。
加强碳碳
在鼻子和翼前沿，空间班车将经历极高的温度（> 1,260°C）。因此，需要一种先进的材料，可以避免高度不同的环境，从发射到重新进入。
和NASA的工程师们一起大商务公司德克萨斯州达拉斯市开发了RCC。通过对预浸渍(酚醛树脂)石墨织物进行固化，制备出RCC复合材料。通过热解，在石墨织物被粗切后，聚合物树脂被转化为碳，然后用糠醇浸渍。进一步热解可以提高材料的密度，从而改善材料的力学性能。
由于碳的化学性质，需要一个碳化硅涂层，以防止碳基氧化。氧化会对基材的机械性能产生不利影响，由于穿梭机需要多次在高要求的环境中工作，因此必须防止这种情况发生。碳化硅涂层是通过将碳碳材料的最外层转化(扩散涂层)而产生的，这使得涂层到基体的层间强度更强。
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图4。在RCC的前沿面板上有一个洞，这是对哥伦比亚号航天飞机灾难调查的冲击测试结果。聚氨酯泡沫被用来以850公里/小时的速度撞击机翼。图片来源:维基共享/哥伦比亚事故调查委员会
然而，形成碳化硅涂层所需的温度(~1,648°C)非常高，以至于当涂层冷却到室温时，由于涂层与基体之间的热膨胀系数不同，涂层会产生裂纹。这个问题可以通过用正硅酸四乙酯浸渍碳基板和使用刷涂密封胶来保护裂纹中的暴露碳免受氧气侵蚀而得到缓解。
通过真空浸渍，将甲乙基硅酸盐施加到基材上，该基材也有助于填充任何剩余的孔隙率。在固化硅酸盐的四乙基硅酸盐时，含有在部件内的孔壁涂有抑制氧化的二氧化硅。然后将硅酸钠密封剂刷涂到RCC的表面上，该RCC填充在裂纹裂缝中并形成玻璃。在高温下，这些裂缝关闭并且密封剂流到表面上，但由于具有高粘度，密封剂保持在部件上并且当碳 - 碳冷却时，密封剂再次形成玻璃再次重新填充裂纹裂缝。
由于其能够通过外部辐射和交叉辐射拒绝热量而使用RCC。结果，热可以从下表面交叉辐射到材料的冷却器上表面，从而降低了温度。
修改和最终退休
在整个项目中，NASA对航天飞机的设计做了一些小改动，以使它们更安全、更高效。这包括在 哥伦比亚 灾难后对RCC的修改，当时航天飞机外部燃料箱(ET)的一块绝缘材料撞在机翼上，造成损坏，导致重返大气层时的高温导致航天飞机解体。对碾压混凝土材料的破坏性影响在设计规范中最初并没有考虑，因此碾压混凝土很容易受到此类碰撞的影响。
NASA的工程师们从这次事件中吸取了教训;大块的碎片可能会从ET中释放出来，撞击RCC材料。他们对ET做了轻微的修改，以确保大碎片不会轻易从上面脱落，但小碎片仍然可以脱落。
因此，他们利用检验数据制定了临界损伤标准。他们开始在一个广泛的电弧喷射设备中测试RCC材料，该设备能欧洲杯足球竞彩够密切模拟重返大气层的化学和温度条件。这使得NASA能够验证新开发的热数学模型，并建立损伤标准。
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图5。2011年7月21日，亚特兰蒂斯号航天飞机在肯尼迪航天中心着陆后返回轨道飞行器处理设施，完成了航天飞机项目的最后一次飞行。图片来源:维基共享/美国宇航局
美国宇航局在航天飞机的机翼上安装了44个传感器，向宇航员提供实时数据。这些数据还可以传送给地面工程师，让他们监测在发射过程中遭受的任何损坏。
除了航天飞机 哥伦比亚 (2003)， 可以说航天飞机上的tss是有效和安全的。先进涂层和材料的发展使航天飞机计划有效地运行了30年。欧洲杯足球竞彩工程师们在每次飞行后积累了经验，对TPS进行了持续的改进和修改，从而提高了安全性，减轻了项目的压力。
资金的全面缺乏最终导致了NASA航天飞机计划和 的终止亚特兰提斯 于2011年7月21日完成了最后一次飞行。2004年，布什总统下令在2010年前终止该法案，但最终被推迟到2011年。
报告的成本为15亿美元，俄罗斯航天局提供与其航班的航班 联盟号对于继续将宇航员送往国际空间站来说，6300万美元的价格似乎是很划算的。
2014年，美国宇航局宣布波音和spacex.已经获得了一份合同，接手建造能够将宇航员送入近地轨道的美国太空系统。这个项目也许结束了，但它的遗产依然存在。
资料来源及进一步阅读
这篇文章已于13日更新th2019年6月。