Ondanks onderzoek naar intact terugkerende ruimteschepen, is de ruimtevaart voorlopig nog afhankelijk van ongemotoriseerde terugkeer in de dampkring, waarbij in korte tijd een enorme hitte geproduceerd wordt. Het hitteschild is dan ook een van de meest cruciale technologieën in de ruimtevaart en China meldt een nieuwe ontwikkeling op dit gebied.
Een terugkerende ruimtecapsule; illustratie van NASA (disclaimer)
Nieuw materiaal
Hypersonische vliegtuigen hebben materialen nodig die de structurele integriteit behouden onder extreme omstandigheden. De meeste materialen beginnen te breken tot ver onder de 3000 graden. Metaallegeringen breken meestal af bij temperaturen hoger dan 2000 graden. SpaceX’s Starship heeft bijvoorbeeld hitteschildtegels die bestand zijn tegen ongeveer 1371 graden. Nu heeft een team van wetenschappers uit China, onder leiding van Chu Yanhui, een professor aan de South China University of Technology, de ontwikkeling aangekondigd van een nieuwe carbidekeramiek, dat bestand is tegen veel hogere temperaturen. Het team publiceerde hun bevindingen in een artikel in het tijdschrift Advanced Materials. Het nieuwe Chinese schild is bestand tegen temperaturen tot 3600 graden en biedt potentieel voor lucht- en ruimtevaart- en energievelden.
Wereldwijde primeur
‘S werelds toonaangevende ruimtemachten racen om hun hypersonische vliegtuigen te verbeteren. Deze ontwikkeling betekent een wezenlijk nieuwe stap in die race. Daarnaast kan door deze technologie ook een draagraket of ander wapen in minder dan een uur naar ieder punt ter wereld vliegen. Volgens de wetenschappers zijn de indrukwekkende prestaties van hun materiaal te danken aan de unieke oxidelaagstructuur. Een van de belangrijkste componenten is een op wolfraam gebaseerd skelet dat is opgevuld met oxiden van de andere elementen uit het materiaal. Deze oxiden beschermen het wolfraam tegen verdere oxidatie en dienen als een barrière, waardoor zuurstof het materiaal niet kan binnendringen.
Efficiënter testen
Het team versnelde de ontwikkeling van hun materiaal met behulp van een lasertestplatform met hoge doorvoer. Meestal moeten wetenschappers een lange testfase van windtunnels doorlopen. Met behulp van lasertests konden de Chinese onderzoekers materiaalmonsters observeren en analyseren terwijl ze werden verwarmd tot ongeveer 3800 graden. Volgens Chu kan de nieuwe carbidekeramiek direct worden gebruikt als een beschermende buitenlaag voor ruimtevaartuigen of meer algemeen in energiesystemen om directe blootstelling aan hoge temperaturen te weerstaan.
Bron: dutchdatascienceweek.nl, interestingengineering.com
