Il sistema di protezione termica ablativa multifunzionale tridimensionale (3D-MAT) è un materiale di protezione termica sviluppato come componente critico di Orion, il nuovissimo veicolo spaziale della NASA costruito per missioni umane nello spazio profondo. È in grado di mantenere un elevato livello di resistenza pur sopportando temperature estreme durante il rientro nell'atmosfera terrestre al termine delle missioni Artemis sulla luna.
3D-MAT è diventato un elemento tecnologico essenziale per la campagna Artemis della NASA che getterà le basi per l'esplorazione scientifica a lungo termine sulla Luna e preparerà le spedizioni umane su Marte, a beneficio di tutti.
Il progetto 3D-MAT è nato da un problema tecnico riscontrato nei primi progetti della navicella spaziale Orion. Il cuscinetto di compressione, l'interfaccia di connessione tra il modulo dell'equipaggio, dove risiedono gli astronauti, e il modulo di servizio che trasporta energia, propulsione, rifornimenti e altro, presentava problemi durante il primo volo di prova di Orion, Exploration Flight Test-1, nel 2014.
Gli ingegneri della NASA si sono resi conto che avevano bisogno di trovare un nuovo materiale per il cuscinetto di compressione che potesse tenere insieme questi diversi componenti di Orion resistendo alle temperature estremamente elevate del rientro atmosferico. Era stato esplorato l'utilizzo di una trama 3D per i materiali dello scudo termico della NASA, ma dopo che è stata scoperta la necessità di un nuovo materiale per il cuscinetto di compressione, lo sviluppo si è rapidamente intensificato.
Ciò ha portato all’evoluzione di 3D-MAT, un materiale tessuto con filo di quarzo e resina di estere cianato in un design tridimensionale unico. Il filo di quarzo utilizzato è come una versione più avanzata dell'isolamento in fibra di vetro che potresti avere nella tua soffitta e la resina è essenzialmente una colla ad alta tecnologia. Questi materiali aerospaziali standard sono stati scelti per la loro capacità di mantenere la loro resistenza e di trattenere il calore a temperature estremamente elevate.
3D-MAT è tessuto insieme con un telaio specializzato, che unisce strettamente i fili e quindi iniettato con resina utilizzando un processo pressurizzato unico. Il risultato è un materiale ad alte prestazioni estremamente efficace nel mantenere la resistenza quando fa caldo, isolando allo stesso tempo dal calore del veicolo spaziale che sta proteggendo.
Nel giro di tre anni, 3D-MAT è passato da un concetto in fase iniziale a un materiale ben sviluppato ed è stato ora integrato nella campagna Artemis di punta della NASA. L'uso di 3D-MAT nel cuscinetto di compressione della navicella spaziale Orion durante la riuscita missione Artemis I ha dimostrato il ruolo essenziale del materiale per gli sforzi di volo spaziale umano della NASA.
Questo sviluppo è stato reso possibile in un arco di tempo così breve grazie alla collaborazione del team con piccole imprese tra cui Bally Ribbon Mills, che ha sviluppato il processo di tessitura, e San Diego Composites, che ha co-sviluppato la procedura di infusione della resina con la NASA.
Il team dietro il suo sviluppo ha vinto il premio Invenzione dell'anno della NASA, un prestigioso onore che riconosce quanto sia stato essenziale il 3D-MAT per il successo del volo Artemis e quanto sia significativo per le future missioni Artemis della NASA. Il team di inventori premiato include Jay Feldman e Ethiraj Venkatapathy dell'Ames Research Center della NASA nella Silicon Valley in California, Curt Wilkinson di Bally Ribbon Mills e Ken Mercer di Dynovas.
3D-MAT ha applicazioni anche oltre la NASA. Le capacità di lavorazione dei materiali consentite da 3D-MAT hanno portato ad altri prodotti come parti strutturali per auto da corsa di Formula Uno e involucri di motori a razzo. Si stanno valutando diversi potenziali usi di 3D-MAT nei veicoli aerospaziali commerciali e nella difesa in base alle sue proprietà e prestazioni.
Fornito dalla NASA
