Quecksilber-Wiedereintritts-Hitzeschilde; Materialzusammensetzung, Herstellungsprozess und Erklärung all dieser konzentrischen Grate?

Eine Sammlung von Fotos in Beiträgen von Miles Lumbard, es gibt eine Seite mit dem Titel Mercury Retro Pack Walk Around Seite 1 ( hier in Bezug auf die thermischen Zebrastreifen entdeckt ), auf der neun Bilder mit der Überschrift zu finden sind:

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Diese Bilder wurden von Miles Lumbard aufgenommen und mit dem Internet geteilt.

Fotografiert im Smithsonian's National Air and Space Museum in Washington, DC

Unten sind kleine Ausschnitte aus den Fotos 1 und 3, die den Hitzeschild zeigen, der wie eine Art durchscheinendes organisches Harz oder vielleicht Phenolmaterial aussieht .

Mein Verständnis ist, dass dies eine Art ablatives Material ist; Wenn die Oberfläche während des Wiedereintritts hohen Temperaturen ausgesetzt wird, "vergast" sie ständig und erzeugt eine Gasschicht aus organischen Molekülen, die für das thermische Infrarotlicht, das von dem heißen Gas und Plasma in der Wiedereintrittsstoßwelle abgestrahlt wird, undurchlässig sind. Das Gas absorbiert die abgestrahlte Wärme und bewegt sich schnell weg und wird durch eine frische Zufuhr ersetzt, während der Schild weiterhin mehr erzeugt, um es zu ersetzen.

Fragen):

  1. Welche Materialzusammensetzung(en) wurden in den Mercury-Hitzeschilden verwendet?
  2. Wie wurden sie in genau der richtigen Form und ohne Eigenspannungen hergestellt?
  3. Was sind all diese konzentrischen Grate, die innerhalb oder hinter dem durchscheinenden Schildmaterial zu sehen sind?

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

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Die erste suborbitale Version der Mercury-Kapsel hatte keinen ablativen Hitzeschild. Es wurde ein Beryllium-Kühlkörper verwendet. Für einen Wiedereintritt nach einem Orbitalflug war jedoch ein ablativer Hitzeschild erforderlich. Siehe diese NASA-Geschichtsseite: history.nasa.gov/SP-4201/ch6-4.htm . Welche Mercury-Version ist auf den Bildern zu sehen? Eine frühe suborbitale Version oder eine spätere für den Orbitalflug?
@Uwe Gute Frage! Da dies sicherlich wie ein ablatives organisches Material aussieht und überhaupt nicht wie Beryllium aussieht und es ein "Retro-Pack" gibt, könnte man das vielleicht herausfinden. Ich bin kein Experte, also kann ich das nicht genau sagen.
Das Retropack ist kein Beweis für eine Orbitalmission „Am oberen Ende der Kurve wurden die Retroraketen des Raumfahrzeugs zu Testzwecken abgefeuert; sie waren für den Wiedereintritt nicht erforderlich, da die Orbitgeschwindigkeit nicht erreicht wurde. Das Raumschiff landete im Atlantik.[ 173] Die suborbitale Mission dauerte etwa 15 Minuten, hatte eine Apogäumshöhe von 102–103 Seemeilen (189–191 km) und eine Downrange-Distanz von 262 Seemeilen (485 km)“ Aus en.wikipedia.org/wiki/Project_Mercury #Suborbital_flight Das Testen von Retro-Packs bei ballistischen Flügen war eine gute Idee, bevor man Orbitalflüge durchführt.
@Uwe das sind alles sehr gute Punkte, danke!

Antworten (2)

Auszug aus NASA-TM-X-57097, der das ursprüngliche Design beschreibt:

Der bei Big Joe verwendete Hitzeschild war geometrisch ein kugelförmiges Segment mit einem Durchmesser von 74,5 Zoll und einem Krümmungsradius von 80 Zoll. ... Der Hitzeschild bestand aus zwei Laminaten: einem äußeren Ablationslaminat mit einer Dicke von 1,075 Zoll und einem inneren Strukturlaminat mit einer Dicke von 0,550 Zoll. Das Ablationslaminat bestand aus konzentrischen Schichten aus Glasfasergewebe, die so orientiert waren, dass die Schichten in einem 20-Grad-Winkel mit der lokalen Hitzeschildoberfläche lagen. Das Strukturlaminat wurde aus Glasfasergewebe hergestellt, wobei die einzelnen Schichten parallel zur Außenfläche orientiert waren. Sowohl die Ablations- als auch die Strukturlaminate wurden aus einem Glasfasergewebe mit Spezialfinish mit einem 91LD (?) Phenolharz hergestellt. Der Harzgehalt, bezogen auf das Gewicht, der Ablations- und Strukturlaminate betrug 40 Prozent bzw. 30 Prozent. Ein kreisförmiger Ring ... 5 Zoll hoch,

Das verlinkte Dokument enthält auch einen Abschnitt, in dem der Unterschied zu Produktionsschilden beschrieben wird, wobei Anhang C weitere Einzelheiten zum tatsächlichen Konstruktionsprozess enthält.

Ich bin immer wieder erstaunt über die Quantität, Qualität und Detailliertheit der NASA-Dokumentation. Nachdem ich Anhang C gelesen und mir das Detail in der unteren linken Ecke von Abbildung 5 angesehen habe, glaube ich, dass ich eine ziemlich gute Vorstellung von der Konstruktion habe, zumindest denke ich, dass ich das habe . Ich bin mir noch nicht sicher, was die Ringe auf dem Foto sind; sie scheinen viel zu weit beabstandet zu sein, um einzelne Schichten des spiralförmig gewickelten Glasfasergewebes zu sein. Vielleicht wurden die Oberflächen nachträglich abgetreten, oder die Bearbeitung der halbkugelförmigen Form hatte Grate hinterlassen. Danke für deine Antwort!
@uhoh Ich denke, der Abstand ist aufgrund der 20-Grad-Ausrichtung des ablativen Laminats in Bezug auf die Oberfläche so groß. Dies führt dazu, dass die scheinbaren Ringe etwa das Dreifache des tatsächlichen interlaminaren Abstands beabstandet sind.
Oh! Ich las "20° mit der lokalen Hitzeschildoberfläche" und mein Gehirn stellte sich vor, es sei in Bezug auf die Normale zur Oberfläche, mein schlechtes. Okay, das ergibt einen Faktor von fast 3, klingt nah genug, dass es das sein könnte.

Aus NASA-TM-X-57097, gefunden von Tristan:

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Also wurden zwei bemannte ballistische Flüge mit einem Kühlkörper durchgeführt, nicht mit einem ablativen Hitzeschild.

Ich habe ein Bild von einem solchen Kühlkörper gefunden.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Dies ist ein Ersatz-"Kühlkörper"-Hitzeschild für die Mercury-Redstone 2-Kapsel. Das Original ging nach der Bergung der Kapsel aus dem Ozean verloren und dieser Hitzeschild flog nicht in den Weltraum. Die MR-2-Kapsel beförderte Ham, einen Schimpansen, im Januar 1961 auf einem suborbitalen Flug. Hitzeschilde mit Kühlkörper absorbierten die enorme Hitze, die beim Wiedereintritt der Kapsel erzeugt wurde, und wurden nur während einiger früher Mercury-Testflüge verwendet, bevor sie durch ablative Hitzeschilde ersetzt wurden.

Bild und Zitat aus dem Smithsonian

Es gab 4 bemannte und 3 unbemannte Orbitalflüge mit der Atlas-Rakete und 3 unbemannte Suborbitalflüge mit der Redstone-Rakete (einer mit dem Schimpansenschinken).

Wir haben also insgesamt 5 (potenzielle) Kühlkörper und 7 Hitzeschildflüge. Einige der suborbitalen Flüge wurden möglicherweise mit einem Hitzeschild durchgeführt. Vor den beiden bemannten Suborbitalflügen hätten mindestens zwei unbemannte Flüge unter Verwendung der Kühlkörper stattfinden müssen.

Danke für deine Antwort! Ich finde es wichtig, an diese alternative Technologie erinnert zu werden, davon hatte ich sicher noch nie etwas gehört. Ich frage mich, ob die Geschichte der Verwendung von Kühlkörpern, die Sie am Ende Ihres Beitrags ansprechen, auch in einem neuen Fragebeitrag untersucht werden sollte.
Die Kühlkörper der alternativen Technologie wurden nur für suborbitale Flüge verwendet. Für Wiedereintritte aus einem Orbitalflug reichte es nicht aus. Wenn der Satellit beim Wiedereintritt trotzdem zerstört werden sollte, brauchte man keinen Kühlkörper und auch keinen Hitzeschild.
Quecksilber-Wiedereintritts-Hitzeschilde; Materialzusammensetzung, Herstellungsprozess und Erklärung all dieser konzentrischen Grate?
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