СпецППУ для Шатла
Внешний топливный бак - самая крупная и тяжелая часть «Шаттла» и единственный узел аппарата, который не может быть использован повторно. Именно поэтому он темно-желтого цвета - дополнительно красить ППУ в США сочли нецелесообразным. Бак был поистине огромный. Сделанный из алюминиевого сплава толщиной 3 мм, он вмещал около 1,5 миллионов литров жидкого водорода, температура которого в этом агрегатном состоянии составляет -253°С. Такое топливо нуждается в надежной термоизоляции, которая к тому же должна быть чрезвычайно легкой и прочной.
В итоге для покрытия бака разработали специальный жесткий закрытоячеистый пенополиуретан с секретными модификациями для большей прочности. Его наносили равномерным слоем толщиной 2,5 см.
Этого оказалось достаточно, чтобы обеспечить необходимую теплоизоляцию топливного бака, сохранив при этом низкий вес всей конструкции бака и одновременно увеличив его прочность и жесткость. Слой ППУ также защищал алюминиевую оболочку бака от образования льда и аэродинамического нагрева. В тоже время ППУ в тяжелейших условиях прохождения космическим кораблем земной атмосферы позволил сохранить экстремально низкую температуру жидкого водорода внутри бака (-253°С).
Слой пенополиуретана сохранился даже после сброса топливного бака в атмосферу земли. Под воздействием высоких температур поверхность ППУ стала темнее в верхней и нижней части бака.
Советский аналог
По аналогичному пути пошли в СССР, когда разрабатывали свою программу по созданию космического корабля многоразового использования «Буран». Вывод «Бурана» на околоземную орбиту осуществлялся с помощью ракеты-носителя «Энергия». Советские инженеры усовершенствовали технологию термоизоляции топливного бака. Перед нанесением пенополиуретанового покрытия для подготовки поверхности использовались специальные очистители, на подготовленную поверхность наносили ППУ слоем 2.5 см и покрывали его специальной белой краской для того, чтобы материал не терял свои свойства под воздействием ультрафиолета.
Термоизоляция пенополиуретаном всей поверхности узла обеспечивала расчетный тепловой режим внутри бака, но для отдельных элементов, кроме ППУ использовалось также абляционное покрытие для отвода тепла в процессе полета в атмосфере от тех частей бака, которые подвергаются максимальному тепловому воздействию. Это нижняя часть бака а также стойки заднего узла подвески орбитального корабля. Перед нанесением поверхности специально готовили - наносили кремнийорганическую грунтовку и полисилоксановое адгезионное покрытие. Комбинированная теплозащита (ППУ и абляционное покрытие) наносилось также на кабельные трассы.
Абляционная пеноизоляция (огнестойкое покрытие в виде застывшей пены) также наносится методом напыления, но, в отличие от ППУ, это совсем другая композиция. В застывшем виде это матрица на основе кремнийорганической смолы с наполнителями различной плотности из углеродных образований, тугоплавких материалов и упрочняющих веществ. Фактически такое покрытие работает как щит против открытого огня - просто отводит тепло в стороны.
После нанесения теплоизоляционных и абляционных покрытий поверхности покрывали белым эластомерным кремнийорганическим покрытием для герметизации и защиты от ультрафиолетового излучения.
Как видите, советские конструкторы пошли дальше американских коллег. Применение такого слоеного пирога из грунтовки, теплозащиты и краски привело к некоторому увеличению массы второй ступени ракеты-носителя и удорожанию всего проекта. Но эти меры исключили вероятность образования льда на поверхности бака без теплозащиты, что делало всю конструкцию более надежной. Поэтому применение ППУ, абляционных материалов и даже краски было оправданным.
Настоящее время
В 2011 программы многоразовых космических кораблей в США и в России признаны экономически нецелесообразными и свернуты. Но ЦСКБ «Прогресс» использует пенополиуретан для изоляции топливных баков современных ракет «Союз».
Кроме того, пенополиуретановую теплоизоляцию применяют в аэрокосмической отрасли, промышленности, а также в сельском хозяйстве для утепления ангаров и складов. Космическая технология утепления теперь доступна буквально каждому. Пенополиуретаном утепляют балконы и мансарды частных домов, стены и фундаменты зданий.
Пенополиуретан незаменим для утепления каркасных домов, купольных, арочных и других конструкций со сложной геометрией и самым разнообразным рельефом поверхностей.
