Абляция
АБЛЯЦИЯ (позднелат. ablatio — отнятие, устранение) — унос массы с поверхности твёрдого тела потоком горячего газа в результате оплавления, испарения, разложения и химической эрозии материала. На абляции основано абляционное (аблативное) охлаждение космических аппаратов (КА) и головных частей ракет-носителей, подвергающихся аэродинамическому нагреву при входе в атмосферу, а также стенок камер ракетных двигателей, нагреваемых продуктами сгорания. Охлаждаемая конструкция предохраняется от контакта с атмосферой (или продуктами сгорания) слоем абляционного материала, который воспринимает поступающую теплоту.
Из существующих абляционных материалов в космической технике наибольшее применение получили обугливающиеся пластмассы на основе фенольных, кремнийорганических и др. синтетических смол, содержащие в качестве наполнителей углерод (в т.ч. графит), двуокись кремния (кремнезём, кварц), найлон и др. В упрощённом виде механизм абляционного охлаждения на основе таких пластмасс можно представить следующим образом. При контакте пластмассы с высокотемпературным потоком газа в её поверхностном слое под действием теплоты происходит пиролиз материала (расщепление сложных органических соединений на более простые) с образованием уносимых газообразных продуктов и твёрдого пористого остатка — кокса, богатого углеродом. По мере продвижения границы пиролиза вглубь материала коксовый слой утолщается. Этот слой и диффундирующие через него газы обладают высокими теплоизоляционными свойствами и являются хорошей защитой основного материала. Кроме того, тепловой поток на конструкцию снижается за счёт отбора теплоты на разложение абляционного материала и в результате эндотермических химических реакций продуктов разложения с коксом и газовым пограничным слоем, а также реакций веществ-наполнителей с коксом (эти вещества газифицируются либо оплавляются, образуя капли на поверхности абляционного материала). При абляционном охлаждении КА большую роль играет излучение теплоты обугленной поверхностью, а при достаточно высокой температуре также расход энергии на сублимацию кокса.
Поскольку коксовый слой подвержен химической эрозии и растрескиванию вследствие возникающих в нём термических напряжений, то его приемлемая стойкость обеспечивается подбором состава и количеств, содержанием наполнителя в пластмассе. Абляционные материалы, используемые для тепловой зашиты конструкции, отличаются большой теплотой разложения и имеют хорошие теплоизоляционные свойства. Последние можно улучшить приданием материалу пористой структуры (с этой целью, например, в него включают кварцевые микропузырьки диаметром около 40 мкм).
Наряду с обугливающимися, существуют также абляционные материалы, не образующие коксового остатка; унос их массы, а также снижение теплового потока на конструкцию происходят за счёт оплавления, испарения (в т.ч. сублимации), разложения или химической эрозии у поверхности. К ним относятся упомянутые выше двуокись кремния, углерод, найлон, а также политетрафторэтилен, каучуки, карбиды и т. д.
Абляционная теплозащитная оболочка крепится к охлаждаемой силовой конструкции непосредственно, либо через промежуточный слой теплоизоляции.
Источник: Космонавтика: Энциклопедия / Гл. ред. В. П. Глушко…
