열 차폐

3. 주요 특성

열 차폐는 단열과 복사 냉각이라는 두 가지 주요 메커니즘을 통해 구조물을 극심한 온도와 열 구배로부터 보호한다. 단열은 내부 구조를 높은 외부 표면 온도에서 격리하고, 복사 냉각은 열 복사를 통해 열을 외부로 방출한다. 효과적인 열 차폐를 위해서는 낮은 열 전도율(높은 열 저항), 높은 방사율, 우수한 열적 안정성(내화성)이 필요하다.^[2] 이러한 특성은 높은 방사율 코팅(HECs)을 갖춘 다공성 세라믹을 통해 충족될 수 있는데, 이는 세라믹의 우수한 열적 안정성, 다공성 재료의 단열 효과, HECs의 우수한 복사 냉각 효과 덕분이다.

4. 용도

열 차폐는 다양한 분야에서 열로부터 특정 대상이나 사람을 보호하기 위해 사용된다.

• '''자동차''': 내연 기관에서 발생하는 열로부터 부품을 보호하고 엔진 성능을 향상시키기 위해 사용된다. 단단한 형태와 유연한 형태의 열 차폐가 있으며, 엔진 튜닝 시에도 자주 사용된다.
• '''항공기''': 콩코드나 SR-71 블랙버드와 같은 고속 항공기가 고속 비행 중 발생하는 열을 처리하기 위해 특수 설계된 열 차폐를 사용한다. 최근에는 초고온 세라믹을 기반으로 하는 새로운 소재가 개발되어 더 높은 온도에서도 견딜 수 있는 열 차폐 기술이 연구되고 있다.
• '''우주선''': 대기가 있는 행성에 진입할 때 발생하는 공기역학적 가열로부터 우주선을 보호하기 위해 열 차폐가 필수적이다. 아블레이티브 열 차폐와 열 침투 열 차폐 두 가지 주요 유형이 있으며, 최근에는 팽창식 열 차폐 기술도 개발되고 있다.
• '''군사 장비''': 자동식 소총이나 샷건에서 빠른 발사로 인해 발생하는 열로부터 사용자를 보호하기 위해 총열 덮개 형태로 부착된다.
• '''산업''': 야금 산업에서 고온의 액체 금속으로부터 건물이나 장비를 보호하는 데 사용되며, 다른 여러 산업 공정에서도 열에 민감한 부품을 보호하기 위해 사용된다.

4. 1. 자동차

• 단단한 방열판은 최근까지 견고한 강철로 만들어졌었지만^[5] 최근 들어 종종 알루미늄으로 만들어진다. 일부 단단한 열 차폐물들은 단열을 위해 세라믹 열 차단 코팅이 있는 알루미늄 시트 또는 기타 복합 재료로 만들어진다.
• 유연한 열 차폐물은 일반적으로 평평하거나 롤 형태로 판매되는 얇은 알루미늄 시트로 만들어지며 손으로 구부려 설치한다. 유연한 고성능 열 차폐물은 때때로 플라즈마 스프레이를 통해 적용된 세라믹 절연과 같은 추가 기능을 포함한다. 이 최신 제품은 포뮬러 원과 같은 최고급 모터 스포츠에서 흔히 찾아볼 수 있다.

4. 2. 항공기

4. 3. 우주선

• 아블레이티브 열 차폐: 플라스틱 수지 층으로 구성되며, 바깥 표면이 가열되어 기화하면서 대류를 통해 열을 제거한다. 보스토크, 보스호드, 머큐리, 제미니, 아폴로 우주선에 사용되었으며, 현재 스페이스X 드래곤 2, 오리온, 소유즈 우주선에서 사용된다. 최초의 유인 우주선인 소련의 보스토크 1호는 수지에 석면 직물로 만든 아블레이티브 열 차폐를 사용했다.^[12]
• 열 침투 열 차폐: 단열재를 사용하여 열을 흡수하고 방출하는 방식이다. 우주왕복선에 사용되었으며, 최소한의 정비로 재사용이 가능하도록 설계되었다.^[14] 우주왕복선의 열 차폐는 대부분 세라믹 또는 복합 타일로 구성되었고, 가장 높은 열 부하 지점에는 강화 탄소-탄소 재료가 사용되었다.^[15]
• 우주왕복선의 열 차폐 손상은 1988년 애틀랜티스 호를 거의 파괴할 뻔했고, 2003년 컬럼비아 호 폭발의 원인이 되었다.^[18][19][20]

4. 4. 군사 장비

4. 5. 산업

참조

_[1] 웹사이트 How do heat shields on spacecraft work? https://cosmosmagazi[...] 2016-05-04
_[2] 간행물 Improved oxidation resistance of high emissivity coatings on fibrous ceramic for reusable space systems https://www.scienced[...] 2019-01-11
_[3] 웹사이트 Tempering Horsepower Heat: Keeping Your Cool with Heat-Handling Accessories https://www.enginebu[...] 2017-06-01
_[4] 웹사이트 Kansas: Temperature and Horsepower https://buildingspee[...] 2012-04-23
_[5] 웹사이트 The evolution of automotive heat insulation https://elmelin.com/[...] 2022-05-23
_[6] 웹사이트 Archived copy http://www.fkfs.de/u[...] 2016-01-13
_[7] 뉴스 Ultra-High Temperature Ceramics: Materials for Extreme Environment Applications
_[8] 뉴스 Copia archiviata http://hubbard.engr.[...] 2006-04-09
_[9] webarchive sharp structure homepage w left http://www.coe.monta[...] 2015-10-16
_[10] 웹사이트 c³harme https://c3harme.eu/ 2018-03-27
_[11] 웹사이트 Dynamics of Atmospheric Rentry http://www.phys.ttu.[...] 2016-08-23
_[12] 웹사이트 Бобков В. Космический корабль "Восток". https://epizodsspace[...] 2024-03-22
_[13] 간행물 Ablators - From Apollo to Future Missions to Moon, Mars and Beyond https://ntrs.nasa.go[...] 2019-10-21
_[14] 서적 Wings in orbit: scientific and engineering legacies of the space shuttle, 1971-2010 https://www.worldcat[...] National Aeronautics and Space Administration 2010
_[15] 간행물 The Space Shuttle System [and Discussion] https://www.jstor.or[...] 1984
_[16] 서적 Wings in orbit: scientific and engineering legacies of the space shuttle, 1971-2010 https://www.worldcat[...] National Aeronautics and Space Administration 2010
_[17] 간행물 Thermotactic Inorganic and Polymeric Coatings for the Buran Spaceplane https://link.springe[...] 2023
_[18] 서적 Bringing Columbia Home: The Untold True Story of a Lost Space Shuttle and Her Crew Arcade Publishing
_[19] 서적 Bringing Columbia Home: The Untold True Story of a Lost Space Shuttle and Her Crew Arcade Publishing
_[20] 뉴스 'Dying All Tensed-Up': 30 Years Since the Troubled Secret Mission of STS-27 https://www.americas[...] 2018-12-09
_[21] 웹사이트 Inflatable Decelerator Will Hitch a Ride on the JPSS-2 Satellite https://www.jpss.noa[...] NOAA 2019-07-03
_[22] 웹사이트 "胖五"家族迎新 送新一代载人飞船试验船升空——长征五号B运载火箭首飞三大看点 (LM5 Family in focus: next generation crewed spacecraft and other highlight of the Long March 5B maiden flight) http://www.xinhuanet[...] 2020-05-05
_[23] 웹사이트 Is China's inflatable space tech a $400 Million Cost savings for NASA's SLS? https://westeastspac[...] 2020-05-07
_[24] 웹사이트 The Heat is On! NASA’s “Flawless” Heat Shield Demo Passes the Test - NASA https://www.nasa.gov[...] 2023-11-17
_[25] 웹사이트 NASA Inflatable Heat Shield Finds Strength in Flexibility - NASA https://www.nasa.gov[...] 2022-10-25
_[26] 웹사이트 Cutting-Edge Heat Shield Installed on NASA’s Parker Solar Probe - NASA https://www.nasa.gov[...] 2018-07-05
_[27] 웹사이트 Parker Solar Probe Heat Shield https://ultramet.com[...]
_[28] 웹사이트 Parker Solar Probe - NASA Science https://science.nasa[...]
_[29] 간행물 Improved oxidation resistance of high emissivity coatings on fibrous ceramic for reusable space systems https://www.scienced[...] 2019-01-11
_[30] 웹사이트 Biddeford company creates critical part for Mars rover 'Perseverance' to land safely https://wgme.com/new[...] 2021-04-22
_[31] 웹인용 보관된 사본 http://www.fkfs.de/u[...] 2016-12-14