Experiment, das an Shuttle-Wärmekacheln während des Wiedereintritts von Discovery durchgeführt wurde

In einem Experiment wurde eine der Außenheizkacheln des Space Shuttles Discovery während der Hochgeschwindigkeits-Rückkehr des Shuttles zur Erde am Samstag absichtlich verändert und überwacht. Eine Fliese am Boden des linken Flügels des Shuttles, etwa 10 Fuß hinter der Vorderkante, enthielt einen 0,25 Zoll hohen Grat, von dem erwartet wurde, dass der Luftstrom von glatt zu turbulent wechselt, was zu einem Temperaturanstieg der dahinter liegenden Fliesen führt die veränderte Fliese. Ein Marineflugzeug flog unter Discovery, als es nach Hause zurückkehrte, und überwachte das Shuttle mit einer Infrarotkamera. Was hat das Experiment ergeben?

Die Ingenieure wollten besser verstehen, wie sich ein gleichmäßiger, laminarer Luftstrom, der während der Spitzenerwärmung eine dünne Isolationsschicht bildet, in einen gestörten, turbulenten Strom verwandeln kann, der als Grenzschichtübergang bezeichnet wird und zu einem Anstieg der nachgeschalteten Temperaturen führen kann, was möglicherweise die Aerodynamik beeinträchtigt und verursacht Schaden.

Ein Navy P-3 Orion-Flugzeug, das über den Golf von Mexiko flog, nahm Infrarotbilder der Unterseite des Shuttles auf, als der Orbiter auf das 8,5-fache der Schallgeschwindigkeit verlangsamt war. Die Temperaturdaten und Infrarotbilder bestätigten, dass der Luftstrom durch die modifizierte Fliese verändert wurde. Die isolierende Luftschicht änderte sich zwischen Mach 12 und 14 in turbulent. Dies führte wiederum zu einem Anstieg der Temperaturen der nachgeschalteten Fliesen, jedoch nicht so stark wie erwartet.

Die Fliesen in diesem Bereich des Flügels erfahren normalerweise maximale Temperaturen von 815 bis 870 ° C (1.500 bis 1.600 ° F), wenn der Wiedereintrittsluftstrom über den Flügel gleichmäßig ist. Die vorläufigen Daten, die die NASA erhielt, zeigten, dass die maximale Temperatur der „Protuberanzkachel“ bei etwa 1090 ° C (2.000 ° F) lag, etwas weniger als erwartet. Wenn diese Messungen bestätigt werden, können Ingenieure eine etwas höhere Ausstülpung für einen zukünftigen Flug anfordern.

Bezüglich des großen Turbulenzbereichs im oberen P-3-Bild sagten die Ingenieure, dass das Bild wahrscheinlich einen „typischen“ Übergang der Shuttle-Grenzschicht während der Spitzenerwärmung widerspiegelte.

Ingenieure berichteten, dass die Ausstülpungskachel nach der Landung von Discovery auf der Landebahn normal und unbeschädigt aussah, obwohl auf mehreren nachgeschalteten Kacheln oberflächliche Markierungen zu sehen waren. Auf Fliesen hinter einem hervorstehenden Lückenfüller, der bei einer Inspektion im Orbit auf einem der Discovery-Höhen entdeckt wurde, waren keine derartigen Markierungen zu sehen.

Der Übergang des Shuttles von einer sanften zu einer turbulenten Strömung erfolgt auf natürliche Weise, wenn das Raumfahrzeug etwa 20 Minuten nach Beginn des atmosphärischen Eintritts langsamer wird, typischerweise mit Geschwindigkeiten um Mach 8 oder der achtfachen Schallgeschwindigkeit. In einigen Fällen kann der Übergang jedoch aufgrund von Oberflächenrauheit oder Defekten im Hitzeschild früher auftreten.

Beispielsweise kann sich ein hervorstehender Fliesenabstandhalter, der als „Spaltfüller“ bezeichnet wird, während des Starts lösen und sich in den Luftstrom hinein erstrecken, wodurch ein früher asymmetrischer Grenzschichtübergang beim Wiedereintritt ausgelöst wird. In diesem Fall kann die Aerodynamik des Shuttles beeinträchtigt werden und nachgeschaltete Fliesen können einer extremeren Erwärmung ausgesetzt werden.

Während der Shuttle-Mission STS-28 im Jahr 1989 „stolperte“ die Grenzschicht 15 Minuten nach dem Eintritt gegen Mach 18. Während der Shuttle-Mission STS-50 im Jahr 1992 war eine Seite des Shuttles des Shuttles mehr als eine Minute vor der anderen turbulent Seite, was zu einer Änderung der Aerodynamik führte, die zur Eingabe der Autopilot-Flugsteuerung führte.

Dieses Experiment könnte zu verbesserten Hitzeschilddesigns für das Orion-Raumschiff führen, das Astronauten zur ISS und zum Mond bringt und Einblicke in die Aerodynamik des Shuttles bietet.

Quelle: CBS News

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