Кремнезем и "Челленджер"

Получилось так, что этот раздел мы начали писать в траурные для американского народа дни. 28 января 1986 г. через 74 с после запуска на высоте 15 км взорвался топливный бак космоплана "Челленджер". Погибли смелые люди, и среди них две женщины - астронавт Джудит Резник и школьная учительница Шарон Криста Маколифф. Она планировала провести два телеурока из космоса для англоязычных школьников.

Несмотря на шоковое состояние, официальные лица США заявили, что выполнение космической программы с использованием орбитальной ступени системы "Спейс шаттл" (космический челнок) будет продолжено. Группа поиска подобрала в океане обгорелые обломки, в том числе несколько керамических плиток, изготовленных из кремнезема.

Как известно, американские ученые, инженеры и рабочие спроектировали и построили 5 космических кораблей многоразового использования. "Энтерпрайз" прошел испытания на земле и в воздухе, "Колумбия", "Челленджер" и "Дискавери" сравнительно благополучно совершили 24 космических рейса.

Для защиты космоплана "Колумбия" применяются материалы на основе чистого кварцевого волокна. Плотность его составляет 144 и 352 кг/м³ (другими словами, материал много легче воды). Керамические плитки изготавливают из штапельного стекловолокна с содержанием кремнезема 99,7%. Диаметр отдельных волоконцев 1,2-1,4 мкм, длина не более 64 мм. Волокно предварительно прокаливают, очищают от неволокнистых включений (капель стекла) и примесей. Затем из него приготавливают суспензию, которая идет на отливку теплозащитных плиток. На этом этапе их плотность составляет 112 кг/м³. После обжига при температуре 1560 К плитка готова к работе в космосе.

Первое испытание орбитальной ступени "Колумбия" прошло 12 апреля 1981 г. Экипаж состоял из опытного пилота Джона Янга и новичка Роберта Криппена, который затем совершил несколько челночных рейсов. После взлета астронавты с помощью бортовой телекамеры осмотрели поверхность космоплана. Они обнаружили, что на гондолах с двигателями маневрирования в хвостовой части "Колумбии" отвалилось несколько плиток. Это, однако, не помешало им успешно приземлиться на взлетно-посадочной полосе.

В дальнейшем плитки стали делать из кварцевого волокна без всяких добавок или с добавкой 20% алюмо-боросиликатного волокна. Плотность плиток при этом уменьшилась до 128 и 192 кг/см³. Основной размер - квадрат со стороной 150 мм и толщиной 38-127 мм. К точности размеров предъявляются высокие требования: отклонения не должны превышать 0,2 мм. Это понятно. Жаропрочные плитки прилегают друг к другу и, словно чешуя, защищают космоплан.

По данным американской печати, применяемые на космопланах "Колумбия", "Челленджер" и "Дискавери" плитки прошли испытания на термическую устойчивость при температурах 1590, 1640 и 1700 К. Выдержка при заданном режиме составляла 15 ч. Плитки хорошо показали себя при многократных обдувах огненной плазмой. В гибели космоплана "Челленджер" их вины нет...

Более двух лет американские ученые и инженеры совершенствовали космические корабли многоразового использования. Несколько суровых экзаменов выдержала система защиты на основе кварцевого волокна. И программа с использованием системы "Спейс шаттл" снова заработала. В марте 1989 г. взлетел космоплан "Дискавери", защищенный от термических и динамических ударов броней керамики.