Faserkeramiken für heiße Strukturen von Wiedereintrittsfahrzeugen - Simulation, Test und Vergleich mit experimentellen Flugdaten

Abstract

Die vorliegende Arbeit befaßt sich mit der systematischen Evaluierung wiedereintrittsrelevanter Eigenschaften faserverstärkter Keramik (C/C-SiC). Die Untersuchungen erfolgten unter simulierten Randbedingungen in Form bodengebundener Plasmawindkanalversuche und unter realen Einsatzbedingungen durch Exposition von Proben im erdnahen Orbit sowie durch Flugtest von Materialproben. Darauf aufbauend wurde mit dem Flugexperiment CETEX eine heiße Struktur entwickelt, qualifiziert und bei der EXPRESS-Mission erprobt. Erstmals in Europa konnten damit experimentelle Resultate aus verschiedensten Bodentests und theoretische Betrachtungen zur oxidativ-erosiven Wechselwirkung von C/C-SiC Faserkeramik in einer hochenthalpen Plasmaströmung mit realen Daten und Erfahrungen aus Wiedereintrittsmissionen verglichen werden. Betrachtungen zum Temperatursprungphänomen, was gleichsam den Übergang von passiver zu aktiver Oxidation bei SiC markiert, zeigten, dass hierfür insbesondere die katalytisch verstärkte Rekombination von atomarem Stickstoff durch freigesetztes Silicum verantwortlich ist. Die Ergebnisse können dazu beitragen, Tajektorien zukünftiger Wiedereintrittsfahrzeuge materialgerecht zu optimieren.