Экстремальным требованиям теплового воздействия при спуске в атмосфере отвечали теплозащитные материалы из супертонкого волокна окиси кремния, способные ослаблять лучистый теплообмен путем рассеивания и эффекта многократного экранирования, а также уменьшать теплопроводность по воздуху за счет затруднения конвекции и молекулярного переноса. Анализ всех компонентов теплопереноса показал, что лучистый поток может быть существенно ослаблен путем рассеивания мелкодисперсным волокном диаметром 1,5...2 мкм.

Сочетание требуемой конструктивной прочности материала при малом удельном весе, термостойкости при наличии высоких градиентов температур, минимальной теплопроводности, высокой степени черноты поверхности ( =0,8...0,9), способности противостоять окислению определило необходимость создания теплозащитного материала на основе кварцевых волокон.
В зоне воздействия высоких (свыше 1250ºС) температур (носок фюзеляжа, передние кромки крыла) предстояло создать силовую жаростойкую конструкцию из композиционного углерод-углеродного материала с максимальной рабочей температурой до 1650º С.
Разработанная технология изготовления плиточного покрытия по теплофизическим и физико-механическим характеристикам имеет лучшие показатели, чем зарубежные аналоги.
Так как теплозащитное покрытие (ТЗП) работает в высокотемпературном воздушном потоке, который может разрушать поверхность материала, каждый теплозащитный элемент снабжен наружным слоем, обеспечивающим требуемые оптические характеристики для эффективного переизлучения теплового потока, эрозионную защиту материала и защиту высокогигроскопического теплозащитного материала от попадания воды и влаги.

Впервые в нашей стране было создано неуносимое теплозащитное покрытие радиационного типа, удовлетворяющее таким техническим требованиям, как многократность использования (более 100 циклов), большой перепад температур эксплуатации (150...+1250º С), имеющий коэффициенты теплопроводности 0,06 Вт/(м К) при t=100ºС, p=760 мм.рт.ст., 0,12 Вт/(м К) при t=1100ºС, p=10 мм.рт.ст., и температурного расширения до 7/10000000 1/град, плотность не более 0,15 г/куб.см и предел прочности при растяжении более 2 кгс/кв.см . Таким требованиям наиболее полно удовлетворяли материалы на основе кварцевых волокон, в которых максимально подавлен рациационный и конвективный перенос тепла через поры и основу.
По сочетанию массы, теплопроводности и теплопрочности внешняя многоразовая теплозащита в виде отдельных элементов-плиток, вырезанных из блоков, в которых супертонкие кварцевые волокна сориентированы нужным образом и спечены между собой, являлась уникальным решением проблемы теплозащиты ОК.

Конструктивно теплозащитный элемент (ТЗЭ) представляет собой плитку теплозащитного материала с наружным стекловидным покрытием толщиной 0,3 мм, приклеенную к несущей конструкции планера через демпфирующую прокладку, в свою очередь приклеенную к плитке эластичным клеем. Демпфирующая прокладка исключает нагружение плитки при деформации конструкции.

Плитка гидрофобизирована, и на ее наружное покрытие нанесена лаковая влагозащита, выгорающая при спуске ОК.

Наружное покрытие на боковых поверхностях плитки не доходит до нижней поверхности, образуя "дыхательный" поясок, через который происходит выравнивание давления внутри плитки с давлением внешней среды при подъеме и спуске ОК для исключения возникновения дополнительных нагрузок на ТЗЭ.

Теплозащитные элементы устанавливаются на поверхность ОК с зазорами, определяемыми компенсированием разницы в деформациях несущей конструкции и ТЗЭ как при температурных воздействиях, так и при воздействии статических и динамических нагрузок на конструкцию, в том числе неразъемные, разъемные и подвижные соединения.

На орбитальном корабле "Буран" используется черное покрытие, имеющее высокую излучательную способность (ТЗЭ с данным покрытием защищают в основном нижнюю часть планера ОК), и белое покрытие, обеспечивающее в орбитальном полете расчетную температуру нагрева от солнечного излучения верхней поверхности планера.

В зоне планера, где температура не превышала 370ºС, применялось гибкое теплозащитное покрытие из соединенных иглопрошивными машинами слоев термостойких органических волокон.

Для наиболее теплонагруженных (свыше 1250ºС) зон планера, в которых температура превышала возможности плиточной теплозащиты (носовой обтекатель фюзеляжа, носки крыла), были разработаны жаропрочные углерод-углеродные конструкционные материалы "Гравимол" с плотностью 1,85 г/куб.см и прочностью на изгиб более 10 кгс/кв.мм. Углерод-углеродный материал изготовляется с использованием модифицированных фенольных смол, подвергающихся в процессе высокотемпературного передела пиролизу с пироуплотнением и боросилицированием. На внешнюю сторону агрегатов из углерод-углеродных материалов наносится противоокислительное покрытие на основе дисилицида молибдена.

В реальном полете теплозащита с честью выдержала все испытания: было потеряно только 6 (!) плиток.
Подробности состояния теплозащиты после приземления приведены здесь

Full English version:
-"Thermal Designing of the BURAN Orbital Spaceship" by Voinov L.P.;
-"Design and Experimental Development of the BURAN Thermal Protection" by Timoshenko V.P.;
-"The Heat Protection Structure of the Reusable Orbital Spaceship" by Dr. Gofin M.Ya.

See Also

Web-master: ©Вадим Лукашевич 1998-2006