Sistema de protección térmica del transbordador espacial

El sistema de protección térmica (TPS) del transbordador espacial es la barrera que protegió al orbitador del transbordador espacial durante el calor abrasador de 1.650  °C (3.000  °F ) del reingreso atmosférico . Un objetivo secundario era protegerse del calor y el frío del espacio mientras estaba en órbita. [1]

El TPS cubría esencialmente toda la superficie del orbitador y constaba de siete materiales diferentes en diferentes ubicaciones según la cantidad de protección térmica requerida:

Cada tipo de TPS tenía características específicas de protección contra el calor, resistencia al impacto y peso, que determinaban los lugares donde se usaba y la cantidad utilizada.

El transbordador TPS tiene tres características clave que lo distinguen del TPS utilizado en naves espaciales anteriores:

La estructura de aluminio del orbitador no podía soportar temperaturas superiores a 175 °C (347 °F) sin fallas estructurales. [2] El calentamiento aerodinámico durante la reentrada empujaría la temperatura muy por encima de este nivel en algunas áreas, por lo que se necesitaba un aislante eficaz.

El calentamiento de reentrada difiere del calentamiento atmosférico normal asociado con los aviones a reacción, y esto rige el diseño y las características del TPS. La piel de los aviones a reacción de alta velocidad también puede calentarse, pero esto se debe al calentamiento por fricción debido a la fricción atmosférica , similar a calentarse las manos frotándolas. El orbitador volvió a entrar en la atmósfera como un cuerpo romo al tener un ángulo de ataque muy alto (40°) , con su amplia superficie inferior orientada en la dirección del vuelo. Más del 80% del calentamiento que experimenta el orbitador durante el reingreso es causado por la compresión del aire delante del vehículo hipersónico, de acuerdo con la relación termodinámica básica entre presión y temperatura . Una onda de choque calientese creó frente al vehículo, lo que desvió la mayor parte del calor e impidió que la superficie del orbitador entrara en contacto directo con el pico de calor. Por lo tanto, el calentamiento de reentrada fue en gran parte una transferencia de calor por convección entre la onda de choque y la piel del orbitador a través del plasma sobrecalentado . [1] La clave para un escudo reutilizable contra este tipo de calentamiento es un material de muy baja densidad, similar a cómo una botella termo inhibe la transferencia de calor por convección. [ cita requerida ]

El Observatorio Aerotransportado de Kuiper tomó una imagen infrarroja de la parte inferior de Columbia durante el reingreso de STS-3 para estudiar las temperaturas. El orbitador tenía 56 kilómetros (184.000 pies) de altura y viajaba a Mach 15,6.
El transbordador espacial Discovery se acerca a la Estación Espacial Internacional durante el STS-114 el 28 de julio de 2005.
Sistema de protección térmica para el orbitador 103 y posteriores
Endeavour en un museo, mostrando mosaicos cerca de la puerta
Las superficies debajo de las alas del Discovery están protegidas por miles de placas aislantes reutilizables para altas temperaturas.
Una vista más cercana de las baldosas debajo del fuselaje delantero y el extremo frontal del ala izquierda. La esquina de la puerta del tren de morro se puede ver en la parte inferior izquierda. Los mosaicos negros sólidos oscuros son nuevos que aún no han pasado por un reingreso. (En la parte superior, el objeto blanco es la puerta izquierda abierta del compartimiento de carga).
Azulejo de sílice de Atlantis
Un mosaico HRSI. Tenga en cuenta las marcas amarillas, que indican su ubicación exacta en el orbitador.
Columbia en la instalación de procesamiento Orbiter después de su llegada al Centro Espacial Kennedy el 25 de marzo de 1979, mostrando muchos mosaicos faltantes. Quedaban por colocar 7.800 de 31.000 tejas. [11]