Ερευνητές της NASA διερεύνησαν τους μηχανισμούς που οδηγούν στην αποφλοίωση υλικών θερμικής προστασίας κατά την είσοδο στην ατμόσφαιρα. Χρησιμοποιώντας φασματομετρία μάζας και δοκιμές σε υπερηχητικό περιβάλλον, κατάφεραν να συνδέσουν χημικές αντιδράσεις σε μικροσκοπική κλίμακα με μηχανικές αστοχίες που ορατές από έξω. Τα ευρήματα ανοίγουν νέες προοπτικές για την ασφαλέστερη σχεδίαση διαστημικών οχημάτων επανεισόδου.
Κάθε φορά που ένα διαστημικό όχημα επιστρέφει στη Γη, η ασπίδα θερμικής προστασίας του — το TPS — αντιμετωπίζει θερμοκρασίες που μπορούν να λιώσουν μέταλλο. Αυτό που δεν ήταν πλήρως κατανοητό μέχρι τώρα είναι το πώς ακριβώς αυτά τα υλικά αποτυγχάνουν από μέσα προς τα έξω — μια διαδικασία γνωστή ως spallation, δηλαδή η απότομη αποκόλληση τμημάτων του υλικού υπό πίεση. Μια νέα ερευνητική προσπάθεια της NASA έρχεται να ρίξει φως σε αυτό ακριβώς το φαινόμενο.
Η έρευνα συνδύασε δύο συμπληρωματικές πειραματικές μεθόδους. Η πρώτη αξιοποίησε το σύστημα HyMETS — ένα εργαστήριο δοκιμών υπερηχητικών υλικών — για να μετρήσει σε πραγματικό χρόνο την ανάπτυξη πίεσης κάτω από την επιφάνεια του υλικού κατά τη διάρκεια θέρμανσης. Η δεύτερη χρησιμοποίησε φασματομετρία μάζας για να αναλύσει τα πτητικά χημικά είδη που απελευθερώνονται καθώς το TPS αποσυντίθεται. Μαζί, οι δύο προσεγγίσεις δημιούργησαν μια ποσοτική γέφυρα ανάμεσα στη χημεία και τη μηχανική συμπεριφορά του υλικού.
Η εικόνα που προκύπτει αποκαλύπτει μια αλυσιδωτή διαδικασία αστοχίας. Στο πρώτο στάδιο, η θέρμανση απελευθερώνει νερό που είναι απορροφημένο στη μικροδομή του υλικού — πριν ακόμα ξεκινήσει η πυρόλυση. Αυτή η πρώιμη έκλυση υγρασίας, αν συμβεί όταν το υλικό έχει χαμηλή διαπερατότητα, μπορεί να δημιουργήσει τοπικές τάσεις και ρωγμές. Στο δεύτερο στάδιο, το μέτωπο πυρόλυσης προχωρά βαθύτερα, παράγοντας μεγάλες ποσότητες αερίων και προκαλώντας ταχεία αύξηση της εσωτερικής πίεσης. Όταν αυτή η πίεση ξεπεράσει την αντοχή του υλικού, ακολουθεί η απότομη εκτίναξη θραυσμάτων — το ίδιο το φαινόμενο spallation.
Η σημασία αυτής της κατανόησης δεν είναι μόνο ακαδημαϊκή. Τα υλικά θερμικής προστασίας είναι κυριολεκτικά η τελευταία γραμμή άμυνας για αστροναύτες και διαστημικά σκάφη κατά την επιστροφή στη Γη. Ένα TPS που αποτυγχάνει απρόβλεπτα μπορεί να
