گسترش مرزهای اکتشاف فضا با پلی یورتان

استفاده نوآورانه ناسا از فوم پلی یورتان نقش مهمی در ماموریت های شاتل فضایی ایفا کرده است. یک لایه ۲.۵ سانتی متری از فوم پلی یورتان که به طور ویژه برای عایق کاری مخزن سوخت خارجی طراحی شده است، به حفظ سرمای شدید مورد نیاز برای ۱.۵ میلیون لیتر (۳۹۵،۰۰۰ گالن) هیدروژن مایع در دمای ۲۵۲- درجه سانتی گراد کمک می کند. این فوم نه تنها عایق بندی عالی را فراهم می کند، بلکه به یکپارچگی ساختاری مخزن نیز کمک کرده و در عین حال وزن سامانه را به حداقل می رساند.

اثربخشی فوم پلی یورتان از ترکیب منحصر به فرد آن ناشی می شود. ناسا ترکیبی از پلی‌ال‌ها را به خدمت گرفته است که بدون نیاز به استفاده از چسب به سطح آلومینیومی مخزن می‌چسبند تا در برابر پرتاب موشک (و حتی سقوط دوباره به جو، در بیشتر موارد) مقاومت کند. ساختار سلول بسته این فوم حاوی میلیون‌ها حفره ریز است که بخار را به دام می اندازد و از نفوذ هوا جلوگیری می کند و مهر و موم محکمی ایجاد می کند که در برابر فشار ناشی از پرتاب شاتل و فرود مجدد آن مقاومت می کند. این فوم بسیار سبک است و وزن مخزن سوخت را به حداقل می رساند. برای تمیز کردن سطح مخزن سوخت قبل از اعمال فوم از ترکیبات ویژه ای استفاده می شود.

مخزن سوخت خارجی شاتل فضایی که بزرگترین بخش آن است، از این عایق سبک وزن بسیار سود می برد. با وجود اندازه و وزن عظیم مخزن (تقریباً ۸۰۰،۰۰۰ کیلوگرم در حالت پر!)، فوم پلی یورتان حداقل وزن ممکن را به آن اضافه می کند و در عین حال اطمینان می دهد که سوخت در دمای بهینه باقی می ماند. دوام فوم همچنین به این معنی است که می تواند شرایط شدید پرتاب و ورود مجدد از جو را تحمل کند.

در این تصویر، شاتل فضایی مخزن سوخت خارجی را رها کرده است. فوم پلی یورتان به دلیل تابش نور ماوراء بنفش خورشید به رنگ نارنجی تیره تغییر رنگ داده است.
در این تصویر، شاتل فضایی مخزن سوخت خارجی را رها کرده است. فوم پلی یورتان به دلیل تابش نور ماوراء بنفش خورشید به رنگ نارنجی تیره تغییر رنگ داده است.

مخزن سوخت خارجی شامل موتورهای اصلی، تقویت کننده های موشک دوقلو و مدارگرد است. با ۲۷.۶ فوت عرض و ۱۵۴ فوت ارتفاع، مخزن سوخت خارجی بزرگترین عنصر شاتل فضایی است و تنها بخشی از آن است که نمی‌توان آن را بازسازی کرد و در مأموریت‌های متعدد از آن استفاده کرد (به عبارت دیگر، مخزن سوخت یکبار مصرف است). مخزن عمدتاً از آلومینیوم با ضخامت ۱.۸ اینچ ساخته شده است، اگرچه ساختار آن به گونه ای است که در طول صعود همچنان بیش از هفت میلیون پوند رانش را تحمل می کند. در حالت ظرفیت کامل، مخزن ۳۹۵،۰۰۰ گالن هیدروژن مایع با فشار 34psi  را در خود جای می دهد. وزن مخزن در حالت خالی ۵۸،۵۰۰ پوند و در حالت پر ۱،۶۸۰،۰۰۰ پوند است.

فوم پلی یورتان در حالت اولیه زرد کم رنگ است. پس از مدتی قرارگیری در معرض هوا، رنگ مخزن به نارنجی تغییر می کند. با برخورد پرتوهای فرابنفش خورشید به بیرونی ترین لایه فوم، مواد روی سطح شروع به تجزیه شدن می کنند. این امر سبب اندکی کاهش در کیفیت عایق می شود. در اوایل، ناسا پوششی از رنگ سفید بر روی فوم اعمال می کرد تا از تخریب آن در برابر اشعه ماوراء بنفش محافظت کند. با این حال، اعمال رنگ هزینه ۶۰۰ پوندی و کارایی کمی به همراه داشت. پس از آن، شاتل های بعدی از فوم های قهوه ای رنگ با مزیت کاهش وزن برخوردار بودند.

مخزن سوخت خارجی پر شده (نارنجی) در حدود 1.7 میلیون پوند وزن دارد و اساساً از آلومینیوم با ضخامت 1.8 اینچ ساخته شده است. فوم پلی یورتان برای عایق کردن لایه بیرونی مخزن، محافظت از آن در برابر گرمای خارجی سوخت موشک و حفظ محتویات مخزن در دمای 423- درجه فارنهایت مورد استفاده واقع شده است.
مخزن سوخت خارجی پر شده (نارنجی) در حدود ۱.۷ میلیون پوند وزن دارد و اساساً از آلومینیوم با ضخامت ۱.۸ اینچ ساخته شده است. فوم پلی یورتان برای عایق کردن لایه بیرونی مخزن، محافظت از آن در برابر گرمای خارجی سوخت موشک و حفظ محتویات مخزن در دمای ۴۲۳- درجه فارنهایت مورد استفاده واقع شده است.

مخزن سوخت خارجی شامل یک لایه یک اینچی از فوم پلی ایزوسیانورات اسپری شده است که از پوسته آلومینیومی در برابر تشکیل یخ و حرارت آیرودینامیکی محافظت می کند. این فوم همچنین ۵۳۵،۰۰۰ گالن پیشرانه هیدروژن و اکسیژن مایع را عایق و خنک نگه می دارد.

جزئیات مخزن خارجی:

  • اکسید کننده: اکسیژن مایع
  • سوخت: هیدروژن مایع
  • جرم پیشرانه: حدود ۷۳۰،۰۰۰ کیلوگرم
  • فشار: ۳.۰ atm LH2، ۱.۴۳ atm LOX
  • خطوط تغذیه: SSME را از طریق دو خروجی با قطر ۴۳.۲ سانتی متر تامین می کند
  • عایق: فوم پلی اورتان به ضخامت ۲۵ میلی متر
  • جداسازی: بعد از حدود ۵۳۰ ثانیه و۱۱۰ کیلومتر ارتفاع
  • قطر: ۸.۴۰ متر (۲۷.۶ فوت)
  • طول: ۴۶.۸۸ متر (۱۵۴ فوت)
  • جرم: نسخه قدیمی دارای وزن ۳۵،۴۳۰ کیلوگرم بود و در مدل های بعدی به ۲۹،۹۳۰ کیلوگرم کاهش یافت، سپس به نسخه فوق سبک وزن ۲۶،۳۳۰ کیلوگرم با استفاده از آلیاژ آلومینیوم-لیتیوم تبدیل شد.

مخزن خارجی توسط سه نوع فوم اسپری شونده پوشانده شده است:

  1. فوم پلی یورتان BX-250
  2. فوم پلی ایزوسیانورات NCFI 24-124  در مخازن هیدروژن و اکسیژن مایع استفاده می شود
  3. فوم پلی ایزوسیانورات NCFI 24-57  در گنبد مخزن هیدروژن پایینی استفاده می شود.

بدون دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *