Yeniden giriş aşırı çevre koşulları altında titanyum uzay aracı yüzeylerinde ejektanın simüle edilmesi

1985 yılında fırlatılan Ariane 3’ün üst kademe helyum tankı, 2002 yılında Uganda’ya yeniden giriş yaptıktan sonra ele geçirildi. Tankın üzerinde yerel sabitlemelerden kaynaklanan birikintiler olduğu belirlenen erimiş alüminyum sıçramaları keşfedildi.

ESA ve CNES (Fransız Hükümeti Uzay Ajansı), ilk kez bu aşırı ortam ve yeniden giriş senaryosunu laboratuvar ölçeğinde yeniden yaratarak sıçramaların nasıl oluştuğunu ve titanyum ve paslanmaz çelik malzemeler üzerindeki potansiyel etkilerini daha fazla araştırmak istiyor.

Malzeme Keşfi ve Prototipleme Mühendisliği Lideri Dr. Yunus Azaklı, Sheffield’deki Royce Keşif Merkezi’ndeki Arcast SC100’ü, özel olarak tasarlanmış bir mini fırın tarafından ısıtılan Ti-6Al-4V ve 316L tabakalarına erimiş alüminyum damlatacak şekilde uyarladı. 2002’de bulunan Ariane 3 malzemelerini yeniden girişini takiben yeniden yaratmak.

Uzay aracının atmosferik Dünya’ya yeniden girişi sırasındaki koşullar, bazı alüminyum alaşımlı parçaların erimesine ve diğer metalik bileşenlerin üzerinde birikmesine neden olabilir. Bu tür fırlatmaların helyum basınç tankları gibi titanyum bileşenlerle etkileşimi şu ana kadar geniş çapta araştırılmamıştır ve yeniden giriş sırasındaki yüzey reaksiyonları konusunda belirsizlik bulunmaktadır.

Bu çalışma, Dünya’ya yeniden giriş koşullarını yakından taklit etmek amacıyla, bu tür alüminyum püskürtme etkileşimlerinin, yüzey sıcaklıkları yaklaşık 1.000°C olan titanyum (aynı zamanda paslanmaz çelik) alt katmanlar üzerinde zararlı bir etkiye sahip olup olmayacağını belirlemek için yapıldı. Bir Arcast eriyik eğirme modülü, inert bir atmosfer altında yüksek sıcaklıklarda ve oda sıcaklığında Ti-6Al-4V ve 316L levhalar üzerine kontrollü miktarlarda erimiş, yüksek saflıkta alüminyum damlatacak şekilde değiştirildi.

Royce’daki yeni uyarlanmış eritme tesisi, erimiş alüminyumun yüksek sıcaklıktaki alt tabakalar üzerinde değerlendirilmesi için fırsatlar sunuyor. Bu, araştırmacılara, yeniden girişin temel uzay aracı bileşenleri üzerindeki etkisini araştırmak için kullanılacak doğru malzemeleri sağlamanın uygun maliyetli bir yoludur.

Aşırı yeniden giriş koşullarının etkisinin anlaşılması, mühendislerin israfı en aza indirgemek ve sürdürülebilirliği artırmak amacıyla daha dayanıklı ve verimli malzemeler geliştirmeye devam etmelerine olanak tanıyacaktır.