熱防護系統，通常被稱為熱盾，對於保護太空船和高速載具免受大氣重返或超音速旅行過程中產生的極端熱量至關重要。這些系統是國防和太空領域的關鍵組件，自1957年史普尼克1號發射以來，便在太空任務中發揮了重要作用。隨著美國及其他國家計劃探索月球、火星等更遠的地方，對於不同任務需求的新型、更具韌性的熱盾材料的需求日益增加。位於桑迪亞國家實驗室的工程師團隊開發出一種新方法，能迅速評估在高超音速應用中使用的新材料。
在為期三年的項目中，桑迪亞國家實驗室的團隊進行了計算機模擬、地面測試和飛行實驗，以深入了解材料在極端熱和壓力下的性能，從而能夠比傳統方法更快地預測結果。以高超音速行駛的速度超過音速五倍，即馬赫5，超過每小時3,800英里。雖然彈道導彈也能達到類似速度，但高超音速載具提供了更大的靈活性和不確定的軌跡，這使得防禦工作變得更加複雜。與可重複使用的太空船不同，美國高超音速導彈上的熱防護系統是為單次使用而設計的。
項目的起源是因為項目主導研究員賈斯丁·瓦根（Justin Wagner）與同事喬恩·穆雷（Jon Murray）交談時，穆雷提到他需要更快地預測熱盾的反應，以便協助國防部的客戶。瓦根在一份新聞稿中表示，這促使他們探索如何將這些正在開發的科學工具與系統整合的專長結合起來，最終項目專注於更快速地理解飛行過程中會發生的情況，從而減少需要驗證的材料數量，並幫助更好地理解這些材料。
研究人員檢查了多種物質，從普通石墨（即2號鉛筆使用的碳）到先進的碳基和陶瓷複合材料。桑迪亞的材料科學團隊在伯納黛特·埃爾南德斯-桑切斯（Bernadette Hernandez-Sanchez）的帶領下，生產了數百個樣本，並得到了奧克里奇國家實驗室專家的協助。極端重返條件涉及獨特的空氣動力學效應，包括高溫、高壓和強震動。瓦根表示，在地球上完全複製這些條件是不現實的，但透過針對性的實驗可以進行部分模擬。
在德克薩斯州奧斯汀大學，研究人員使用電感耦合等離子體火炬以超過太陽表面溫度的等離子體燒灼材料，這使他們能夠觀察和分析材料的剝蝕過程。在桑迪亞國家太陽熱測試設施，他們用該設施的鏡子場集中熱量測試了更大的樣本。團隊還利用高超音速衝擊隧道模擬馬赫10的流動。隨後，由化學工程師斯科特·羅伯茨（Scott Roberts）領導的建模團隊利用這些實驗數據開發了熱盾材料特性、空氣動力學和熱傳導物理的計算機模型。航空工程師喬恩·穆雷隨後使用這個全物理模型訓練了一個簡化模型。這個簡化模型的運行速度快上千倍，在標準計算機上幾秒鐘即可輸出結果，而在超級計算機上則需幾天時間。
該團隊還在兩次亞軌道火箭任務中飛行了樣本，希望通過真實數據來驗證他們的模型。最終，這可能證明他們的新模型是一種高度準確的方法，用以評估重要的新型熱盾材料。
