Tepelná pěna ochraňuje nádrže s podchlazeným palivem rakety během startu. Náročný proces její aplikace i pěna samotná procházejí neustálým vývojem zajišťujícím vyšší kvalitu, snižování nákladů i úspory času v procesech příprav. TPS (thermal protection system) je nezbytnou součástí vesmírných lodí, které chrání především před aerotermálním ohřevem, jemuž jsou vystaveny během průchodu atmosférou. V posledních několika desetiletích byly vyvinuty a používány různé typy TPS, včetně pasivních, semipasivních a aktivních systémů. S rostoucí poptávkou po opakovaně použitelných nosných raketách (RLV – reusable launch vehicles) a novými cíli meziplanetárních pilotovaných misí se hledání vývoje efektivního TPS zrychlilo. Také povrch raket NASA SLS (space launch system) s charakteristickým žlutým až oranžovým odstínem je tvořen TPS v podobě stříkané pěny. Jejím posláním je uchránit před vysokým žárem, a tedy i explozí 733 000 galonů (cca 2 775 m3) kapalného vodíku rakety. Zajišťuje teploty na úrovni −423 °F (−253 °C), respektive −297 °F (−183 °C) v extrémních prostředích doprovázejících přípravy a start. V červenci tým Boeingu v Michoud Assembly Facility NASA v New Orleans aplikoval TPS na SLS Core Stage 2 s inovací přinášející zrychlení a zefektivnění procesu v základní fázi 1. Pěna je nanášena (stříkána) na zahřívaný hardware otáčející se v unikátním prostoru s kontrolovanou teplotou tak, aby vytvářela vrstvy podobně jako při výrobě stáčeného rohlíku. Na této technologii Boeing spolupracoval s NASA s cílem nahradit, urychlit a zkvalitnit proces vytváření tepelné ochrany. „Doposud nikdo nikdy neautomatizoval jedinou stříkací akci TPS u předmětu tak velkého, jako je nádrž na kapalný vodík,“ řekl Brian Jeansonne, vedoucí týmu Boeing Integrated Product Team pro tepelnou ochranu Core Stage. „Jde o ekvivalent stříkání čtyř nádrží na kapalný kyslík SLS spojených k sobě.“ Technici společnosti Boeing průběžně sledují zhruba stominutový proces z přilehlé oblasti pomocí kamery a reagují na jakékoli problémy. Jinak je však aplikace plně automatizovaná. Pro základní fázi 2 tým automatizoval i postřik kopule nádrží, které dříve musely být kvůli složité geometrii kopulí stříkány výhradně ručně. „S touto změnou jsme mohli ušetřit 12 dní kritické cesty nádrže na kapalný vodík a také získat větší konzistenci aplikace,“ dodal Jeansonne, který díky dvacetiletým zkušenostem s TPS školí kolegy a podílí se na rozvoji technologií zlepšujících bezpečnost, kvalitu a snižujících náklady. Kromě ochrany před velkými teplotními rozdíly během nakládání paliva, spalování motoru a spouštění musí pružná ochranná bariéra TPS zvládnout i udržení pevného kontaktu s nádržemi, které se vlivem teplot smršťují a expandují. Nově aplikovaná pěna prokázala svou funkčnost i během nedávných zkoušek zatěžkávacího testu Green Run v první základní fázi, tedy při simulaci chodu všech čtyř motorů stejně jako při startu. Některé oblasti TPS sice horký oheň spálil, ale očekávanou měrou a tyto oblasti lze renovovat přímo v Kennedyho vesmírném středisku NASA na Floridě, kde se základní fáze propojuje se zbytkem rakety pro start na lunární misi Artemis I. Tepelná ochrana se také používá inovativním způsobem na menších částech základního stupně, které nelze stříkat. Tyto oblasti, jako např. součásti uvnitř motorové sekce a intertank, mají na míru přizpůsobené, 3D technologií vytištěné formy sestavené kolem složitých tvarů a vyplněné sypkou pěnou. Formy jsou následně odstraněny po vytvrzení nalévací pěny. Ostatní oblasti jsou stříkány ručně, například rozhraní přírub mezi každou částí základního stupně. „Pro několik částí raketoplánu jsme na míru tvarovali pěnu, ale nedaly se provést změny a výroba kompozitních forem by trvala týdny,“ uvedl Jeansonne. „S 3D tiskem můžeme vylisovat více než 300 kusů, protože můžeme snadno vytvářet složitější geometrie a rychleji začlenit změny. Vše stačí navrhnout na počítači a následně vytisknout.“ Pěna samotná se také neustále vyvíjí, a to díky pokroku v oblasti materiálových technologií a pokynů Agentury pro ochranu životního prostředí. Výrobci raket hledají polyuretanovou pěnu, která je lehká, ale dostatečně pevná na to, aby chránila hardware, a dostatečně pružná a odolná, aby si udržela své ochranné těsnicí vlastnosti i při extrémních teplotách. „Používáme postřik třetí generace pro SLS, navržený speciálně pro tuto raketu, a již začínáme kvalifikovat pěnové materiály čtvrté generace pro budoucí základní stupně,“ řekl Jeansonne. /-mim/
