Космический PIR: от шаттлов до зданий из сэндвич-панелей

[06.11.2020]

История PIR-системы уходит корнями в первую половину 20 века, когда в 1937 году немецкий химик Отто Байер изобрел пенополиуретан. Изначально ученый разрабатывал материал для ремонта обуви, однако область применения пенополиуретана расширилась дальше, чем кто-либо в то время мог предположить. Спустя всего три года полиуретановую пену начали применять в строительстве самолетов, а с началом эпохи освоения космоса полиуретан понадобился и инженерам космических кораблей.

pir-cups

В 1969 году NASA, Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства США, запустило программу Space Shuttle. Многоразовые космические корабли должны были доставлять грузы на земную орбиту и обратно. Каждый шаттл был рассчитан на 100 запусков или 10 лет эксплуатации.

При строительстве космического шаттла перед инженерами NASA стояла сложная задача: необходимо было обеспечить теплоизоляцию внешних топливных баков таким образом, чтобы шаттл не прибавил в весе, топливо было защищено от аэродинамического нагрева, а на поверхности бака не намерзал лед.

Полностью заправленный топливный бак, центральная конструкция циллиндрической формы из алюминия толщиной 0,3 см, весила более 770 тонн. Отправка каждого килограмма в космос обходится очень дорого, поэтому очень важно было обеспечить легкий вес теплоизоляции.

shuttle

В 1998 году инженеры NASA нашли идеальное решение этой проблемы. Они начали покрывать поверхность топливного бака напылением из пенополиизоцианурата. Специальная смесь полиолов была прочной, легкой, долговечной и обеспечивала превосходную теплоизоляцию. К тому же, материал самостоятельно приклеивался к топливному баку, значит, отпала необходимость в клеевойпрослойке, вес которого измерялся бы в тоннах.

Слоя пенополиуретана толщиной всего 2,5 см оказалось достаточно для того, чтобы изолировать бак от тепла, которое выделяется во время взлета, и защитить топливо при температуре -220°C. Закрытые ячейки в PIR поглощали пар и обеспечивали эффективную теплоизоляцию.

Когда пену только нанесли, она была светлого цвета и выглядела точь-в-точь как монтажная пена, которую сегодня можно встретить во многих зданиях. Под воздействием атмосфер и температурных перепадов пена приобрела оранжево-коричневый цвет.

Интересно, что поначалу для тестовых полетовполиуретанокрашивали белой краской, чтобы защитить от воздействия УФ-лучей, однако выяснилось, что краска не только не приносила пользы, но и добавляла 272 лишних килограмма к весу бака. В результате от окрашивания PIR отказались.

В России пенополиизоцианурат в космических технологиях стали использовать позже. Система «Энергия – Буран», которую запустили в 1976 году, была ответом СССР американскому Шаттлу. Для запуска космических кораблей и США, и СССР использовали внешний топливный бак, который нуждался в теплоизоляции. Проблема для СССР заключалась в том, что в 70-е годы в США PIR был широко распространенным материалом, а в России его производство едва зарождалось.

Тем не менее, ученые Советского Союза наладили серийное производство PIR и новый материал стал безальтернативной теплоизоляцией для топливных баков ракет-носителей. PIR позволял сохранять необходимый температурный режим для топлива: -183 °C для жидкого кислорода и -253 °C для жидкого водорода. В условиях огромных механических перегрузок и нагрева во время пуска корабля поддержание топлива в целости и сохранности стало возможным благодаря PIR. В результате советская «Энергия» смогла вывести на орбиту более 100 тонн полезного груза.

С середины 80-х годов прошлого века PIR «спустился на землю» и стал популярнымв строительстве. И неудивительно: прочный энергоэффективный утеплитель, который практически не утяжеляет здание из сэндвич-панелей или утепленное «ПИР Плитой»®, не проседает, держит температуру, не боится влажности и суровых погодных условий нашел своего потребителя. Строительство из сэндвич-панелей стало популярным сначала на Западе, а затем и в России.

Последний полет американского шаттла состоялся 8 июля 2011 года, а PIR продолжает использоваться и в космосе, и на Земле. В космосе им планируют утеплять ступенчатый адаптер, который будет связывать основную часть американской сверхтяжелой ракеты с промежуточной ступенью, снабженной криогенным двигателем. NASA разрабатывает ракету для пилотируемых экспедиций за пределы околоземной орбиты.

А на Земле с его помощью возводят быстровозводимые здания из сэндвич-панелей, научно-исследовательские центры на Крайнем Севере, складские помещения, холодильные камеры, офисы, утепляют любые здания — от молокозаводов до дачных домов.

В материале использована информация nasa.gov.


ПодробнееВернуться в раздел

Нравится
Мне нравится