Когда еще в 1960‑х годах человечество только начинало покорять космические просторы, американские инженеры нашли удивительное решение для сохранения экстремально холодного топлива. Пенополиуретан впервые использовали для термоизоляции топливных баков ракет, в частности для второй ступени легендарной сверхтяжелой ракеты «Сатурн‑5».
Алюминиевая оболочка баков толщиной всего 3 мм должна была удерживать жидкий водород при температуре –253°С. Для достижения такой задачи материал нужно было сделать одновременно легким, прочным и эффективным в теплоизоляции.
В 1980‑х годах технология сделала гигантский скачок вперёд. На внешнем топливном баке многоразового космического корабля «Спейс Шаттл» был нанесен специальный жесткий закрытоячеистый пенополиуретан с секретными модификациями, позволяющими увеличить прочность конструкции. Этот бак, крупнейшая и самая тяжелая часть корабля, не предполагался к повторному использованию, поэтому инженеры США решили оставить ППУ без дополнительной покраски – естественный темно-желтый оттенок материала подчеркивал его надежность. Равномерный слой толщиной 2,5 см не только обеспечивал необходимую термоизоляцию, но и защищал алюминиевую оболочку от образования льда и перегрева при аэродинамическом трении.
Даже после того, как бак сбрасывался в атмосферу Земли, пенополиуретан сохранял свои свойства, хоть и менял оттенок под воздействием высоких температур.
Не отстав от своих западных коллег, советские инженеры, работавшие над программой создания многоразового космического корабля «Буран», разработали собственный способ применения ППУ. Перед нанесением изоляционного слоя специальными очистителями подготавливалась поверхность топливного бака ракеты‑носителя «Энергия», затем на нее наносили пенополиуретан такой же толщины – 2,5 см. Но на этом дело не заканчивалось: для защиты от ультрафиолетового излучения полученное покрытие облицевали специальной белой краской. Помимо основной термоизоляции, для особо нагруженных участков, например, нижней части бака и задних стоек подвески орбитального корабля, применяли абляционные покрытия. Эти огнестойкие слои, нанесенные после грунтовки кремнийорганическими составами, отводили тепло и действовали как щит от открытого огня. Такой многоуровневый «пирог» из грунтовки, ППУ, абляционного материала и защитной краски позволял значительно повысить надежность всей конструкции, но увеличивал массу ракеты.
Со временем, несмотря на свертывание программ многоразовых космических кораблей в 2011‑м году как в США, так и в России, пенополиуретан не утратил своей актуальности. Сегодня ЦСКБ «Прогресс» использует этот материал для изоляции топливных баков ракет «Союз»,
Особое внимание решения по использованию этого материала нашли и в компании SpaceX – пионере современной космической индустрии. В кораблях SpaceX пенополиуретан применяется, прежде всего, для изоляции топливных баков ракет. Здесь, как и в предыдущих примерах, материал выполняет несколько важных функций: он помогает сохранять критически низкую температуру топлива, предотвращает образование льда на поверхности бака и минимизирует тепловые потери.
Были и неудачные моменты его использования: В Space Shuttle кусок изоляции со льдом, отколовшийся во время запуска, привел к катастрофе Space Shuttle Columbia . «Space Shuttle» использовал жидкий водород и кислород во внешнем баке, охлаждение которого осуществлялось с помощью пенополиуретана. Например ракеты Falcon применяют только жидкий кислород, а их полезная нагрузка расположена наверху, что исключает риск повреждения от обломков изоляции и льда.
Технологии, разработанные для космоса, нашли применение и в других сферах – от аэрокосмической отрасли до строительства, сельского хозяйства и даже бытовых нужд. Пенополиуретаном утепляют балконы, мансарды, стены и фундаменты зданий, а также используется для защиты ангаров и складов.