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LIGHT-TPS
Super light-weight thermal protection system for space application
Responsabile: Laura Silvestroni
Personale coinvolto: Diletta Sciti, Frédéric Monteverde, Simone Failla, Daniele Dalle Fabbriche, Cesare Melandri, Claudio Capiani
Data di inizio: 01/05/2014
Durata: 36 mesi
Finanziamento totale: 1.997.363 €
Bando: THEME SPA.2013.3.2-01, cooperation with third countries
Azione: FP7-SPACE-2013-1-CP-FP-607182
Coordinatore: Maria Parco (Fundacion Tecnalia Research & Innovation, Spain)
Consorzio: Fundacion Tecnalia Research& Innovation (Spagna), CNR-ISTEC (Italia), Frantsevich Institute for Problems of Materials Science of National Academy of Sciences of Ukraine IPMS (Ucraina), Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR (Germania), ECM Space Technologies GmbH ECM (Germania), Space Research Institute SRI and National Space Agency of Ukraine NASU (Ucraina), Institute of electric welding Paton IEW (Ucraina), YUZHNOYE (Ucraina)
Sito web ufficiale: http://www.light-tps.eu
Lo scopo di LIGHT-TPS (Grant agreement No. 607182) è di sviluppare nuovi Sistemi di Protezione Termica (TPS) super-leggeri per applicazioni spaziali di vario tipo, tra cui la principale è stata individuata nei Sistemi Spaziali Riutilizzabili (RSS) capaci di operare in un ampio intervallo di temperature. Il progetto mira al miglioramento radicale delle proprietà dei TPS attualmente in uso. I maggiori svantaggi degli attuali TPS basati su cornici metalliche sono notevole peso e tempo di vita non sufficiente, dovuto al deterioramento e corrosione del metallo. Una classe di materiali, comunemente denominati ceramici per temperature ultra-elevate (UHTC), possiede un’unica combinazione di proprietà fisico-chimiche che li rende adeguati per applicazioni nel settore aerospaziale. Il ricoprimento UHTC che verrà sviluppato fornirà resistenza all’ossidazione alle leghe metalliche e ai supporti non-metallici, a base di C/SiC e C/C.
La maggiore sfida del progetto è lo sviluppo di un TPS super-leggero, resistente all’ossidazione e alla corrosione, grazie all’unione dei vantaggi dei materiali metallici e ceramici in un unico sistema. Questo verrà raggiunto mediante la giunzione di una cornice metallica con un materiale non metallico a base di C/SiC e C/C ed elementi a base di UHTC. In particolare, vengono previste 3 linee di lavoro:
1) sviluppo di nuove polveri metalliche a base di Ni/Cr e Nb per la cornice del TPS;
2) sviluppo di sistemi metallici multistrato leggeri e riutilizzabili;
3) studio della resistenza all’erosione di materiali massivi UHTC nel sistema ZrB2-SiC e ricoprimenti per substrati metallici e non con il ceramico UHTC con la composizione più adatta.
Il nuovo TPS sarà significativamente più leggero di ogni TPS attuale, al di sotto di 10 kg/m2, in modo da ridurre notevolmente i costi di spedizione del carico in orbita e il volume delle emissioni, garantirà inoltre affidabilità e protezione termica nell’intero intervallo delle temperature di esercizio, con maggiori proprietà meccaniche e di durevolezza.
ISTEC è principalmente coinvolto nello sviluppo di UHTC massivi e nella polvere granulare a base di UHTC che verrà depositata sui substrati metallici e non mediante shrouded plasma spray.
Approffondimenti
Pubblicazioni e brevetti
- F. Monteverde, L. Silvestroni, “Combined effects of WC and SiC on densification and thermo-mechanical stability of ZrB2 ceramics”, Materials & Design 109 (2016) 396–407.
- L. Silvestroni, H-J. Kleebe, W.G. Fahrenholtz, J. Watts “Super-strong materials for temperatures exceeding 2000°C”, Sci. Rep. 7, 40730; doi: 10.1038/srep40730 (2017).
- L. Silvestroni, H-J. Kleebe, “Critical oxidation behavior of Ta-containing ZrB2 composites in the 1500-1650°C temperature range”, Journal of the European Ceramic Society, 37 (2017) 1899–1908.
- L. Silvestroni, D. Sciti, F. Monteverde, K. Stricker, H-J. Kleebe, “Microstructure evolution of a W-doped ZrB2 ceramic upon high-temperature oxidation”, Journal of the American Society, 100 [4] (2017) 1760-1772.
- L. Silvestroni, S. Failla, I. Neshpor, O. Grigoriev, “Method to improve the oxidation resistance of ZrB2-based ceramics for reusable space systems”, Journal of the European Ceramic Society, 38 [6] (2018)2467-2476.
- O.N. Grigoriev, I.P. Neshpor, T.V. Mosina, V.B. Vinokurov, A.V. Koroteev, O.V. Buriachek, D. V. Vedel, A.N.Stepanchuk, L. Silvestroni, “Behavior of ultra-high temperature ZrB2-based ceramics in oxidation”, Powder Metallurgy and Metal Ceramics, 56 [9-10] (2018) 573-580.
- L Silvestroni, K. Stricker, D. Sciti, H.-J. Kleebe, “Understanding the oxidation behavior of a ZrB2–MoSi2 composite at ultra-high temperatures”, Acta Materialia, 151 [1] (2018) 216-228.
- L. Silvestroni, S. Failla, V. Vinokurov, I. Neshpor, O. Grigoriev, “Core-shell structure: an effective feature for strengthening ZrB2 ceramics”, Scripta Materialia 160 (2019) 1-4.