極端な高温下で宇宙船熱シールド内部をリアルタイム観測(Scientists Get Real-Time Look Inside Spacecraft Heat Shields During Extreme Heat Conditions)

2026-09-24 ローレンス・バークレー国立研究所(LBNL)

Berkeley Lab、NASA、イリノイ大学などの研究チームは、宇宙船の再突入時に使われるアブレーション型熱防護材(熱シールド)が高温下で内部からどのように分解・変形するかを、リアルタイムで3次元観察する手法を開発した。Advanced Light Source(ALS)のX線マイクロCTを用い、温度・圧力・ガス組成を制御した環境で、SLA-220とSLA-561Vという2種類の熱防護材を最高約900℃まで加熱し、ミクロスケールの内部構造変化を時系列で撮像した。さらに生成AIによる超解像処理を組み合わせ、低解像度ながら高速に取得した画像から高精細な3D構造を再構成した。その結果、材料ごとに異なる細孔・流路構造の形成過程を直接把握でき、熱分解・アブレーションの予測モデルの改良や、宇宙船の熱防護システムの設計・安全性向上に役立つデータを取得した。

極端な高温下で宇宙船熱シールド内部をリアルタイム観測(Scientists Get Real-Time Look Inside Spacecraft Heat Shields During Extreme Heat Conditions)
A heat shield removed from NASA’s Orion spacecraft and inspected following the Artemis I test flight. (Credit: NASA)

<関連情報>

熱分解する超軽量アブレーション材の超解像微細構造 Super-resolved microstructure of pyrolyzing superlight ablators

Collin W. Foster, Sreevishnu Oruganti & Francesco Panerai
npj Materials Degradation  Published:05 February 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41529-025-00556-z

Abstract

The microstructural evolution of superlight ablators during pyrolysis was investigated using in situ X-ray micro-computed tomography and generative adversarial networks. Superlight ablators, a type of syntactic foam thermal protection materials, are commonly employed in the backshells of planetary entry probes. Synchrotron X-rays were used to resolve the material constituents during thermal degradation, including resin, silica microballoons, cork filler, refractory fibers, and voids. A super-resolution methodology was implemented, where high-resolution tomography scans were applied to denoise, segment and analyze lower-resolution in situ datasets that captured a large field of view. This multi-scale approach enabled the quantification of morphological and effective properties as a function of temperature during degradation, while also relating these changes to relevant decomposition chemistry. This study demonstrates a strategy for time-resolving rapid, multiphase decomposition events occurring under high-temperature test environments that mimic atmospheric entry.

0105熱工学
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