“發現”號開展先進材料技術試驗

  [美國《航空周刊與航天技術》2005年8月8日刊報道] “發現”號機組人員對兩項熱防護技術開展的驗證工作,將推動未來航天飛機在軌維修技術的進步。材料在特定的真空、溫度及零重力條件下的性能是需要評估的內容。

  該項目負責人稱,試驗表明材料可在空間環境下使用。對這些試樣進行的地面試驗表明,宇航員對于缺陷的及時發現及密封處理是相當有效的。非氧化物粘接劑及抗輻射材料在太空比在地面試驗中更易于處理。

  由Stephen Robinson 和日本宇航員Soichi Noguchi進行的STS-114太空艙外活動試驗也將對隨后飛行的“亞特蘭蒂斯”號宇航員進行在軌維修提供幫助。

  從電視中觀察到的這些材料技術試驗,就像一場在太空進行的日本烹飪表演。在次太空艙外活動試驗的2個小時內,二位宇航員工作非常迅速,處理這些材料猶如蛋糕的糖衣一般,還不斷擦拭工具。

  試驗的目的之一是驗證宇航員將糊狀的物質恰好放置到損傷處,而不產生溢出,這是在大的壓力下操作通常存在的一個主要問題。

  在任務控制中心,太空艙外活動試驗負責人Cindy Begley 稱,“事實上,我們已經做好了出現一團糟局面的充分心理準備。因為你事先無法預計,并且這也是我們為什么要開展試驗的原因。但事實證明,結果非常干凈利落?!?/P>

  盡管為“發現”號準備了五種類型的修補技術,但在太空艙外活動試驗中只進行了糊狀的熱防護瓦及增強的碳/碳復合材料機翼前緣修理材料的驗證工作。在機身中艙上進行了碳/碳復合材料堵塞塊的試驗。

  碳/碳復合材料有效載荷艙試驗包括兩排碳/碳復合材料的試樣,每排含有3個6平方英寸(38.71平方厘米)的試樣。4個試樣含有2英寸(5.1厘米)長、0.25英寸(0.64厘米)深的裂紋,裂紋完全穿過材料。另兩個試樣用圓鑿挖出跨度1.5英寸(3.6厘米)、0.125英寸(0.32厘米)深的缺陷。

  Robinson的任務是采用填充槍將非氧化物粘接劑填于缺陷處。填充材料是由馬歇爾航天中心及COI陶瓷公司(位于圣地亞哥的ATK公司的一家子公司)開發出的一種混有碳化硅粉末的聚合物先驅體。

  他驗證了兩種技術。其一,他將少量非氧化物粘接劑直接置于裂紋之上,并用油灰刀將其抹平。另一個是將一小塊材料放在旁邊,宛如一個調色板,然后用油灰刀將材料填入裂紋及圓鑿挖出的缺陷中。Noguchi站在旁邊用特制的布將油灰刀擦拭干凈以便更好地工作。從這兩項試驗中獲得了重大發現:

  小限度的起泡:在空間環境下,材料的起泡程度小于在地面真空室內進行的試驗,這可能意味著在太空環境下更少出現接頭不牢的現象。

  可使用性:較少的起泡使得材料更易于抹平到裂紋及圓孔缺陷中。

  時間限制:材料一旦從填充槍中擠出后,將其填入缺陷之前,僅有90秒的材料準備時間。事實證明這一時間已經足夠,材料保持柔韌性的時間比預期的要長。

  無蒸發沉積:在真空室試驗中,非氧化物粘接劑會產生蒸發,這會造成使宇航員的頭盔護目鏡及其他表面上產生暗影、沉積。為避免出現不清爽的情況,直到執行試樣數據收集任務的第三次太空艙外試驗之前,一直將軌道器聲傳感器系統的光學部件移開。不過,在太空環境下確實未發生填充材料的霧化沉積現象。

  溫度范圍:進行該試驗的溫度范圍介于40~100華氏度,溫度范圍很窄,記錄非氧化物粘接劑試驗所需的時間至關重要,以便調整有效載荷艙的溫度使其適應于該試驗。此時,在非氧化物粘接劑冷的一面,材料實際溫度介于33~57華氏度之間,但材料仍保持了相當好的可使用性。

  防熱瓦部件也安裝在同一裝置上,它由鑿出深度缺陷的黑色瓦片組成。

  Noguchi的工作是用一個海綿頭刷子樣的涂藥器進行試驗操作, 他將黑色的抗輻射材料輕敷在瓦片缺陷處,以改善損傷區域的抗輻射性。抗輻射材料由室溫硬化的硅結合碳化硅粉末制成。

  這種材料非常易于輕敷到發生損傷的防熱瓦的鋸齒形邊緣上。試驗內容包括分配抗輻射材料、刷子的使用及將抗輻射材料涂刷到較為難刷到的角落處。防熱瓦試樣在地面也進行了相應試驗以便與空間試驗進行對比。( 來源:航空信息中心 陳亞莉)