Des avancées dans le changement du matériel de protection thermique d’Orion

Comme les vieilles imprimantes à jet d’encre des années 90 sont devenues aujourd’hui des imprimantes 3-D artistiques, le matériel de protection thermique utilisé sur Orion reçoit un «lifting» en 3-D important.

Pour le premier vol, les ingénieurs ont utilisé une matière appelée «composé carbone phénolique», utilisée par le passé sur la navette spatiale et des sondes d’exploration.

Mais pour le prochain vol d'Orion, les ingénieurs ont développé une matière plus efficace appelée Protection Thermale Ablative Multifonctionnelle – 3D (3D-MAT). Ce matériau a été développé par le Centre de Recherche Ames de la NASA en Californie, avec la collaboration de Bally Ribbon Mills en Pennsylvanie et de San Diego Composites en Californie, pour la Direction de la Technologie des Missions Spatiales de la NASA (Space Technology Mission Directorate - STMD).

Charles Bolden avec un morceau de 3-D MAT produit par la Sté Bally Ribbon Mills de Pennsylvanie.

Les blocs sont installés entre le module d'équipage et le module de service d'Orion pour contrer les forces extrêmes que supporte le module d'équipage lors du lancement et de l'ascension vers l'espace. Chaque bloc supporte environ 25 tonnes.

Des disques (Compression Pad) protègent aussi les parties proches du module d'équipage du choc explosif au moment de la séparation module de service - module d'équipage et fournissent une protection supplémentaire lors de la traversée de l’atmosphère.

« Le deuxième vol d'Orion rentrera dans l'atmosphère à une vitesse bien plus élevée que pendant son premier vol, ce qui signifie qu'il produira beaucoup plus de chaleur que les blocs en carbone phénolique ne pourraient supporter, » a dit Jay Feldman, responsable technique du 3D-MAT, chez Ames.

Parce que le carbone phénolique n'est pas une solution adaptée au deuxième vol, les ingénieurs ont exploré nombre d'autres options incluant des fibres de type simple ou hybride, des techniques en 2-D et 3-D, tissant ou superposant différentes sortes de résines gluantes.

« Le tissage en 3-D offre une plus grande résistance que celui en 2-D » a expliqué Feldman. « La combinaison de fibres de quartz – et non de carbone – allié au tissage en 3-D donne une plus grande robustesse au 3D-MAT. C'est moins massif et cela survit aux extrêmes températures, en conservant sa structure et les astronautes au frais. »

La différence entre un tissage 2-D et 3-D est que le matériel est tissé avec les fibres pas seulement en longueur et largeur mais aussi verticalement : en haut et en bas par la longueur et la largeur.

Les premiers échantillons réalisés, le moment était venu de les tester et les évaluer en augmentant la température supportée au Ames’ Arc Jet Facilities. Dans ce bâtiment, on simule une chaleur par des jets d'arc si puissant que les particules d’air se transforment en plasma supersonique.

Durant ces épreuves, la matière a résisté de manière impressionnante aux hautes fluctuations de chaleur, de températures et de pressions – bien mieux que le carbone phénolique, qui s'est fendu dans les mêmes conditions.

Après trois ans de financement de la part du STMD, l'équipe est prête à mettre en œuvre tous leurs efforts de développement et de recherche sur programme Orion pour la prochaine mission.