Когда космический корабль входит в атмосферу Земли на гиперзвуковой скорости, его теплозащитный экран сталкивается с температурами выше 1650 градусов Цельсия. Чтобы защитить аппарат и экипаж, материалы экрана поглощают тепло и разрушаются в контролируемом процессе, называемом абляцией. До сих пор инженеры не могли наблюдать этот процесс на микроуровне и полагались на данные, полученные до и после испытаний. Об этом сообщает издание Phys.org.
Исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли нашли способ следить за абляцией в реальном времени. Они использовали рентгеновскую томографию на установке Advanced Light Source, которая позволяет независимо контролировать температуру, давление и состав газа, воссоздавая условия входа в атмосферу. В ходе эксперимента образцы нагревали до 900 градусов Цельсия и получали трехмерные изображения с микрометровым разрешением в разные моменты времени.
Ученые изучили два коммерческих аблятора — SLA-220 и SLA-561V, которые применяются в разных частях космических аппаратов. С помощью ИИ-алгоритмов, обученных на снимках до и после нагрева, они получили полную последовательность изображений процесса. Оказалось, что материалы ведут себя по-разному: в SLA-561V пробковый наполнитель разрушается, оставляя открытые пустоты, а в SLA-220 образуется сеть взаимосвязанных каналов. Эти различия влияют на то, как тепло и газ проходят через материал при входе в атмосферу.
Результаты, опубликованные в журнале npj Materials Degradation, дают инженерам прямые измерения изменений теплозащитных материалов. Они помогут улучшить модели прогнозирования и повысить надежность будущих пилотируемых миссий, включая программы NASA Artemis.