Hëtzschëld

D'Hëtzschëld ass an der Raumfaart eng Schicht op engem Raumfluchkierper, fir de virun der Hëtzt déi beim beim Antrëtt an eng Atmosphär entsteet, ze schützen. D'Grondlagenentwécklung hat um Ufank vum Kale Krich ugefaangen – déi nuklear Sprengsätz sollten den Neesantrëtt iwwerstoen. Ganz staark acceleréiert Rakéiten, wéi d'US-amerikanesch Rakéiten-Ofwierrakéite Sprint an Hyperschallfluchkierper brauchen och en Hëtzschëld.

D'Hëtzschëld vum Mars Science Laboratory; fir d'Gréissterelatioun kuckt den Aarbechter hanne riets

Hëtzschutzplätterchen an Nues aus RCC op der ënneschter Säit vun der Discovery

Kënschtleresch Duerstellung vum Neesantrëtt vun enger Apollo-Kapsel mat Hëtzschëld

X-15A2 mat ablativem Hëtzschutz an Zousaztanken

Grondlagen

Beim Neesantrëtt gëtt de Raumfluchkierper vun der Atmosphär staark ofgebremst. Dobäi hëtzt sech d'Loft an der Schockfront virum Gefier duerch Kompressioun ganz staark op an domat och d'Raumgefier. Ouni Hëtzschëld géif d'Raumgefier doduerch ganz oder deelweis verglousen. An der Reegel hunn d'Landekapsele vu bemannte Raumschëffer, Raumfären a Raumsonden, déi op engem Planéit oder Mound mat dichter Atmosphär landen, en Hëtzschëld.

Un d'Material vum Hëtzschëld ginn enorm Ufuerderunge gestallt, well en Temperature bis zu en ettlech dausend Grad Celsius aushale muss. D'Hëtzschëld soll engersäits d'Hëtzt, déi aus der Schockfront ophëlt, méiglechst effektiv un d'Ëmgéigend ofginn an anerersäits duerch eng ganz niddreg Hëtztleetfähekeet d'Raumschëff a seng Notzlaascht, z. B. Raumfuerer an Instrumenter, virun der Hëtzt schützen.

Recycléierbar Hëtzschëlder

Hëtzschëlter, déi nees ze gebrauche sinn, wéi d'Hëtzschutzplättercher vun de Space Shuttle besti meeschtens aus mat Sinter gebonnenem, héichporéisem Glasfasermaterial mat enger dichter, sprocker an temperaturbestänneger dënner Deckschicht aus Borosilikat.

Besonnesch belaascht Deeler vum Space-Shuttle-Hëtzschëld, wéi d'viischt Fligelkant, waren aus Kuelestoff-Verbondmaterial.

Net recycléierbar Hëtzschëlter

Zu dëser Kategorie gehéieren d'ablativ Hëtzschëlter oder och ablativen TPS (Thermal Protection System). Ablativ Hëtzschëlter (vum laténgeschen: ablatus ‚ewechgeholl‘) hunn zwou Aufgaben: Si sollen d'Systemer virun héijen Temperature beim Neesantrëtt schützen, a si solle vum opgeschmolte Material dat vun der d'Stréimung ewechgedroen a verdämpt gëtt, gekillt ginn. Bei där Aart vu Killung gëtt de physikaleschen Effet vum Phaseniwwergank ausgenotzt, bei deem duerch de Phasewiessel vum Material Energie absorbéiert gëtt. Den ablativen Hëtzschëld gouf ufanks fir d'Käpp vun Interkontinentalrakéiten entwéckelt.

Ablativ Hëtzschëlter goufe bei Raumfluchkierper wéi den amerikaneschen Apollokapselen agesat a ginn och bei de russesche Sojus-Raumschëffer, bei Lander, bei Hyperschallfligere wéi z. B. dem X-15 oder awer och bei Interkontinentalrakéiten agesat. An der Sowjetunioungouf en Hëtzschëld ënner dem Numm "жертва" entwéckelt, wat sou vill wéi Affer bedeit.

En Hëtzschëld besteet aus liichte, brennbare Plättercher aus Kork- oder Glasfaser-Verbondmaterialn an/oder Konschtstoffschaum (Polystyrol) op enger Stëtzstruktur, meeschtens en Aluminiumaliage. Et gëtt och ablativ Hëtzschëlter, déi aus engem schwéier schmëlz- a verdämpbarem Konschtharz bestinn. D'Ëmmantelung pyrolyséiert a subliméiert beim Neesantrëtt an de Plasma de s'ëmstréimt. Déi mat Rascht beluete Grenzschicht behënnert de Stralungstransport vu Wäermt aus dem Plasma vun der Stoussfront op d'Uewerfläch vum Hëtzschëld. Deem seng poréis, verkuelt Kuuscht stellt eng weider Barriär duer. Zudeem gëtt Hëtzt déi no banne geet deels duerch endotherm Reaktioune verbraucht, deels mam Gas nees no baussen transportéiert (ablativ Killung). Wäermt, déi trotzdeem duerch d'Hëtzschëld dréngt, gëtt duerch dat gutt wäermtleedend Strukturmaterial sou verdeelt, datt keng schiedlech héich Temperaturen optrieden.

D'Iddi fir en ablatiivt Hëtzschëld entstoung bei der Entwécklung vu Steierflächen am Stral vu Rakéitendreifwierker. Och haut gëtt bei d'Düse vu präiswäerten oder méi klenge Rakéitendreifwierker déi ablativ Killung agesat. Dofir gëtt déi bannenzeg Uewerfläch vun der Brennkummer resp. Düs vum Dreifwierk mat enger Schicht déi eréischt bei héijer Temperatur verdämpt (z. B. Graphit, Wolfram, Molybdän oder Niob) ausgekleet. Déi passiv Killmethod gëtt zum Beispill beim Merlin-Dreifwierk vun der Falcon-1-Rakéit, beim RS-68 Éischtstufendreifwierk vun der Delta IV, beim AJ-118 vun der Delta-II-Uewerstuf a beim RD-58 vum Block D/DM vun der Proton benotzt.

Den Atmosphärenantrëtt mat der bis elo gréisster Belaaschtung huet dat ablatiivt Hëtzschëld vun der Atmosphärekapsel, eng ofgeworfen Duechtersond vun der Raumsond Galileo, missen iwwerstoen, wéi si de 7. Dezember 1995 mat zirka 170.000 km/h (47 km/s) an d'Jupiteratmosphär agetruede war. De Gas an der Schockfront hat sech op 16.000 K (zirka 15.700°C) erhëtzt an d'Hëtzschëld hat dobäi eng Wäermstroumdicht vun 43 kW/cm² auszehalen. D'Hëtzschëld hat dofir zirka 43 % vum Andauchgewiicht vun der Kapsel ausgemaach a war beim beim Antrëtt an d'Jupiteratmosphär zu ongeféier zwee Drëttel verbrannt a verdämpt.

Literatur

• Heppenheimer, T. A. Facing the Heat Barrier: A History of Hypersonics Part 1 (PDF; 1 MB) und Part 2. (PDF; 496 kB) NASA History Series, 2006.
• Frank S. Milos et al. (NASA): Updated Ablation and Thermal Response Program for Spacecraft Heatshield Analysis (PDF; 4,2 MB). 17th Thermal and Fluids Analysis Workshop, Maryland, 2006.

Um Spaweck

Commons: Heatshields – Biller, Videoen oder Audiodateien

• (en) Shuttles Thermal Protection System (TPS)
• SHEFEX: Hëtzschëld mat Ecken a Kanten.
• (en) Buran: Hitzeschild.