NASA の支援を受けて、Starship の高度な熱シールドを追求する SpaceX の BFR プログラム

Nov 19, 2023

2018年6月にSpaceXとNASAのエイムズ研究センターが署名した宇宙法協定によると、民間企業はNASAと協力し、SpaceXにとってほぼ新しい熱保護（熱シールド）材料に関する基本的な経験と教訓を獲得し始めた。 。

TUFROC (Toughened Uni-piece Fibrous Reinforced Oxidation-Resistant Composite の略) として知られる、NASA エイムズが開発したこの材料は、1700 ℃ (~3100 F) もの高温に耐えることができ、明らかに SpaceX の次期研究者の関心の対象となっているようです。 BFR世代（スターシップ/スーパーヘビー）ロケット計画、特にスターシップの熱シールド。

一般の人が知っている限り、SpaceX は TUFROC のような熱シールド技術を製造または利用しようとしたことはありません。 TUFROC は、セラミック マトリックス複合材料 (CMC) として知られる熱保護材料の分野に分類され、本質的には、酸化を防ぐためにカーボン キャップ、シリカ ベース、および硬化ガラス コーティングを組み合わせた熱保護システムを網羅する包括的な用語です。 近年、ボーイング社の秘密のX-37Bスペースプレーンは、軌道速度再突入後のTUFROCの再利用を実証することに成功し、この材料が最小限のアブレーションを経験しながら、それらの条件に耐えることができることを確認しました。

輪郭はほぼ同じですが、基本的な素材は機体、タンク、遮熱板に変更されています。

— イーロン・マスク (@elonmusk) 2018年11月25日

SpaceX が NASA が開発した PICA (フェノール含浸カーボンアブレーター) 熱シールド技術を借用し、Cargo (そしてやがては Crew) Dragon でのコスト効率の高い使用のために劇的に改良したのと同じように、TUFROC の熱シールド機能の背後にある基本コンセプトは、おそらく同様に役に立ちます。コスト削減、製造の容易さ、機械的強度、熱保護特性などの改善の可能性が十分にあります。

スペースシャトルで使用されている致命的に壊れやすいカーボンカーボンタイルとは異なり、TUFROC の名前の由来となった「繊維強化」の側面により、複合材料の優れた耐熱性を維持しながら、コロンビア事故を引き起こしたような衝撃関連の力に対する耐性が劇的に向上しています。 NASAはすでにTUFROCを「低コスト」TPSとして分類しており、さらにSpaceXが極めて簡単に生産コストを大幅に削減できることを示している。

この新たな関係について明らかになっていないのは、SpaceX が TUFROC またはカスタムの熱シールド派生製品を BFR プログラムに組み込むことをどのように正確に予測しているのかということです。 現在、TPS は文字通りのエッジ ケースとして X-37B でのみ実証されており、再突入時の加熱が最も極端になることが多い小型宇宙船の翼の前縁にある、より伝統的なシリカ タイルの代わりに使用されています。 SpaceX が同じ理由で TUFROC に興味を持っている可能性があります。BFS/Starship の前部と後部のフィンを覆うために使用しているだけで、それ以上ではありません。

しかし、スペースX社は改良型TUFROC-XがBFRのスーパーヘビーブースターとスターシップ上段全体のモノリシックなフリーサイズ熱シールド材料として実現可能であることを望んでいる可能性がある。 さまざまな異なる TPS 材料を扱う必要があると、必然的に特定の宇宙船の複雑さとコストが上昇するため、必要な材料の数を大幅に削減できることは Starship にとって恩恵となる可能性があります。

NASA と SpaceX の宇宙法協定は、ここ [PDF] でご覧いただけます。

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