Screening-Tests zur Entwicklung ablativer Thermalschutzmaterialien für hochenthalpe Wiedereintrittsmissionen

Abstract

Die hier vorgestellte Arbeit wurde im Rahmen des Leitprojekts „Rückkehrtechnologie für hochenergetische Bahnen“ innerhalb der Campusinitiative DLR@UniST durchgeführt. Beim atmosphärischen Wiedereintritt von Raumflugkörpern aus hochenergetischen Flugbahnen sind leistungsfähige Thermalschutzsysteme auf Basis ablativer Materialien erforderlich, die extremen Wärmestromdichten standhalten können. Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines solchen Materials. Als Zielszenario der Ablatorentwicklung wurde eine „sample return“ Mission, vergleichbar dem amerikanischen Stardust Experiment, gewählt – hierbei traten Staupunktwärmelasten von bis zu 12 MW/m² auf. Die Materialentwicklung innerhalb des Projekts gliedert sich in zwei Phasen. Im ersten Schritt wurden Screeningtests durchgeführt, deren Ziel die systematische Untersuchung der Ablatorrohstoffe war. Hierbei wurde versucht, durch gezielte Variation einzelner Parameter, wie zum Beispiel der verwendeten Harzsysteme und Verstärkungsfasern (Fasertyp, Faserorientierung und Faservolumengehalt), deren Einfluss auf die ablativen Materialeigenschaften der Proben zu bestimmen. Die Proben wurden im Plasmawindkanal PWK1 des Instituts für Raumfahrtsysteme der Universität Stuttgart bei Wärmelasten von 2, 6 und 12 MW/m² getestet. Parallel wurde mit der zweiten Phase, der Entwicklung eines Verfahrens zur Infiltration hochporöser Vorkörper, begonnen. Ziel dieser Arbeiten ist es, basierend auf den Ergebnissen der Screeningtests, ein Verfahren zu entwickeln, das die Herstellung geschlossenporöser Materialien niederer spezifischer Dichte erlaubt. In der vorliegenden Arbeit werden die Screeningtests sowie die aus ihnen gewonnen Erkenntnisse vorgestellt.