Das BFR-Programm von SpaceX verfolgt mit Hilfe der NASA einen fortschrittlichen Hitzeschild für Raumschiffe

Nov 19, 2023

Gemäß einer Space Act-Vereinbarung, die SpaceX und das Ames Research Center der NASA im Juni 2018 unterzeichnet haben, hat das private Unternehmen begonnen, mit der NASA zusammenzuarbeiten, um einige grundlegende Erfahrungen und Erkenntnisse mit einem Wärmeschutzmaterial (Hitzeschild) zu sammeln, das für SpaceX weitgehend neu ist .

Das von der NASA Ames entwickelte Material, bekannt als TUFROC (kurz für Toughened Uni-piece Fibrous Reinforced Oxidation-Resistant Composite), ist in der Lage, Temperaturen von bis zu 1700 °C (~3100 °F) standzuhalten, und ist offenbar ein Gegenstand von Interesse für die nächsten Schritte von SpaceX. BFR-Raketenprogramm der Generation (Starship/Super Heavy), insbesondere der Hitzeschild von Starship.

Soweit der Öffentlichkeit bekannt ist, hat SpaceX nie versucht, eine Hitzeschildtechnologie wie TUFROC herzustellen oder zu nutzen. TUFROC fällt in den Bereich der Wärmeschutzmaterialien, die als Keramikmatrix-Verbundwerkstoffe (CMCs) bekannt sind, und ist im Wesentlichen ein Oberbegriff, der jedes Wärmeschutzsystem abdeckt, das eine Kohlenstoffkappe, eine Silica-Basis und eine gehärtete Glasbeschichtung zur Verhinderung von Oxidation kombiniert. In den letzten Jahren hat Boeings geheimes Raumflugzeug X-37B erfolgreich die Wiederverwendung von TUFROC nach dem Wiedereintritt in die Umlaufbahn demonstriert und damit bestätigt, dass das Material in der Lage ist, diese Bedingungen zu überstehen und dabei nur minimale bis gar keine Ablation zu erleiden.

Die Kontur bleibt ungefähr gleich, aber die grundlegenden Materialien für Flugzeugzelle, Tanks und Hitzeschild ändern sich

– Elon Musk (@elonmusk) 25. November 2018

Ähnlich wie SpaceX die von der NASA entwickelte PICA-Hitzeschildtechnologie (Phenol-imprägnierter Kohlenstoffablator) ausgeliehen und sie für den kostengünstigen Einsatz auf dem Cargo Dragon (und bald auch auf der Crew) erheblich verbessert hat, bietet sich das Grundkonzept hinter den Hitzeschutzfunktionen von TUFROC wahrscheinlich genauso an Dies gilt auch für potenzielle Verbesserungen bei der Kostenreduzierung, der einfachen Herstellung, der mechanischen Festigkeit, den Wärmeschutzeigenschaften und vielem mehr.

Im Gegensatz zu den tödlich zerbrechlichen Kohlenstoff-Kohlenstoff-Fliesen, die im Space Shuttle verwendet werden, machen die namensgebenden „Fibrous Reinforced“-Aspekte von TUFROC das Material auch deutlich widerstandsfähiger gegen aufprallbedingte Kräfte, wie sie zur Columbia-Katastrophe führten, während gleichzeitig die beeindruckende Hitzebeständigkeit des Verbundwerkstoffs erhalten bleibt. Die NASA stuft TUFROC bereits als „kostengünstiges“ TPS ein, was weiter darauf hindeutet, dass SpaceX die Produktionskosten ganz einfach erheblich senken könnte.

Was an dieser aufkeimenden Beziehung nicht klar ist, ist, wie SpaceX genau vorsieht, dass TUFROC oder ein maßgeschneidertes Hitzeschild-Derivat in sein BFR-Programm passt. Derzeit wurde das TPS auf X-37B nur als buchstäblicher Randfall demonstriert und ersetzt eine traditionellere Silica-Fliese an den Vorderkanten der Flügel des kleinen Raumfahrzeugs, wo die Wiedereintrittserwärmung oft am extremsten ist. Es ist möglich, dass SpaceX aus den gleichen Gründen an TUFROC interessiert ist – um damit die vorderen und hinteren Flossen von BFS/Starship abzudecken und nicht mehr.

Es könnte jedoch sein, dass SpaceX hofft, dass ein verbessertes TUFROC-X als monolithisches, einheitliches Hitzeschildmaterial für den Super Heavy-Booster und die Starship-Oberstufe von BFR geeignet sein könnte. Der Zwang, mit einer Vielzahl unterschiedlicher TPS-Materialien zu arbeiten, erhöht zwangsläufig die Komplexität und die Kosten eines bestimmten Raumfahrzeugs, sodass die Möglichkeit, die Anzahl der benötigten Materialien deutlich zu reduzieren, für Starship ein Segen sein könnte.

Das Space Act-Abkommen der NASA und SpaceX finden Sie hier [PDF].

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