Delfts hitteschild interessant voor ruimtevaart



De keramische hitteschilden van ruimtevoertuigen als de Space Shuttle vergen enorm veel onderhoud. Metalen hitteschilden, waar nodig gekoeld met water, zijn daarom in principe een betere optie. In 2007 test ESA een gekoeld metalen hitteschild dat is bedacht aan de TU Delft. Ir. Jeroen Buursink promoveert op woensdag 21 december op dit onderwerp.

Om de kosten van het lanceren van ruimtevoertuigen te beperken, is het nodig dat de lanceerder meerdere malen gebruikt kan worden. Dan is wel een hitteschild nodig om het ruimtevoertuig de terugkeer door de atmosfeer te laten overleven. De ervaring met de Space Shuttle, dat een keramisch hitteschild heeft, laat echter zien dat dit toch leidt tot een extreem kostbaar lanceersysteem. Alle keramische tegeltjes moeten na een vlucht immers gecontroleerd worden.
Metalen hitteschilden hebben dit probleem veel minder. De metalen hitteschilden die momenteel in ontwikkeling zijn kunnen echter niet zo'n hoge temperatuur verdragen als keramische schilden.

Het koelen van het metalen hitteschild met water kan dit verbeteren. Dit idee is een aantal jaren geleden bedacht aan de TU Delft. De metalen huid is hierbij van het materiaal PM 1000, een legering van nikkel, chroom, aluminium, titanium en yttriumoxide. De temperatuur van het metaal wordt gereduceerd door dit zowel naar buiten als naar binnen te laten uitstralen. De straling naar binnen wordt opgenomen door een met water verzadigde poreuze laag. Het water houdt de poreuze laag koel en het verdampen van het water neemt een grote hoeveelheid thermische energie op, zodat relatief weinig water volstaat voor de koeling.
De poreuze laag bestaat uit aluminiumoxide met een hoge porositeit dat tot 70 volumeprocent water kan bevatten. De interne structuur zorgt er voor dat het water wordt vastgehouden in het poreuze materiaal en naar het verdampingsoppervlak stroomt door capillaire werking. Theoretisch kan een gekoelde metalen huid dus aanzienlijk meer warmte verwerken. Promovendus Jeroen Buursink heeft dit in het laboratorium nader onderzocht. Bij tests werd een gekoeld proefstuk direct vergeleken met een ongekoeld proefstuk onder dezelfde warmtebelasting. De theoretisch voorspelde koelingseffecten werden al in de eerste testen waargenomen.
De Delftse vinding is inmiddels opgemerkt door de Europese ruimtevaartorganisatie ESA. Als alles goed gaat zal er in 2007 voor het eerst een echte test in de ruimte mee plaatsvinden. Een klein deel van een experimentele capsule zal dan bedekt zijn met het gekoelde metalen hitteschild.
Of het schild in de toekomst ook echt gebruikt zal worden, hangt volgens Buursink van veel zaken af, bijvoorbeeld van de plannen van de grote ruimtevaartorganisaties. Zo staan de plannen voor de opvolger van de Space Shuttle bij NASA voorlopig in de ijskast en ook ESA aarzelt. Het is mogelijk dat men daar in de toekomst gewoon kiest voor 'wegwerpraketten'.
Buursink wijst ook op de beperkingen van het gekoelde metalen hitteschild. 'Het idee is vooral geschikt voor kleine ruimtevoertuigen en korte missies of voor kleine delen van het ruimtevoertuig. We moeten dus niet de indruk wekken dat een (eventuele) opvolger van de Space Shuttle straks volledig bedekt zal zijn met een gekoeld metalen hitteschild. Dat zou hooguit bij de kritieke punten gebeuren. Bij 80 tot 90 procent van het oppervlak zou kunnen worden volstaan met een ongekoeld metalen hitteschild.'
bron:TU Delft



Comments are closed.
%d bloggers liken dit: