Preskočiť na obsah

Protimeteorický štít

z Wikipédie, slobodnej encyklopédie
Symbol rozcestia O iných významoch výrazu Protimeteorická ochrana pozri Protimeteorická ochrana (rozlišovacia stránka).
Whipplov štít použitý na kozmickej sonde Stardust
ATV-4: Pretlaková časť chránená plneným whipplovým štítom s ochrannou obšívkou

Protimeteorický štít[1][2] (iné názvy: mikrometeorický štít[3], protimeteorická ochrana[4][5], protimeteorický kryt[6])(angl. Micrometeoroid and Orbital Debris (MMOD) Protection[7], rusky противометеоритная защита [8] ) slúži na ochranu kozmických sond, lodí i kozmonautov pred ničivými účinkami drobných meteoroidov alebo drobného vesmírneho odpadu. Vzhľadom na vysokú stretávaciu rýchlosť ide o zrážky s vysokými energiami. Napríklad malé teleso s hmotnosťou dvoch gramov má pri vzájomnej rýchlosti 11 000 m/s energiu zrážky 121 kJ, t.j. ekvivalent energie výbuchu 29 gramov TNT.

Prvé kozmické lode používali tuhé štíty, resp. odolné steny[9] kozmických lodí, neskôr sa prešlo na ľahšie a efektívnejšie viacvrstvové konštrukcie.

Protimeteorický štít nemusí byť rovnaký z každej strany chráneného objektu, ale môže byť navrhnutý podľa predpokladaného rizika, napríklad podľa pravdepodobnosti výskytu veľkosti a rýchlosti a smeru príletu mikrometeoroidov.[10] Riziko môže byť rôzne z konkrétneho smeru (napr. čelná zrážka je obvykle rizikovejšia ako náraz zozadu) a rôzne môže byť dôsledky (napr. strata funkčnosti, ohrozenie života).

Protimeteorický štít môže mať kumulované funkcie, ako napríklad tepelnú ochranu, radiačnú ochranu, a iné.

Odolnosť kozmickej lode

[upraviť | upraviť zdroj]
Protimetorický štít pretlakového modulu ATV, Whippleov štít plnený kevlarom.[11]
1. Multivrstvová izolácia 0,22 mm
2. Nárazníkový fragmentačný plech 1,2 mm
3. Rozptyľ fragmentov 128 mm
4. Nextel AF62/kevlar 0,131 g/cm2
5. Záchyt fragmentov, plech 3 mm

Odolnosť kozmickej lode môže byť definovaná napríklad hodnotou PNP. (angl. Probability of No Penetration – pravdepodobnosť neprerazenia). PNP je bezrozmerná veličina ktorá vyjadruje pravdepodobnosť poškodenia. Pri hodnote PNP sa definuje, akým časticiam a akú dobu musí objekt odolať.[12]

PNP = 0,9 / 15 rokov znamená, že ak 10 lodí strávi vo vesmíre 15 rokov, tak dôjde k poškodeniu 1 lode z 10. Riziko penetrácie v percentách vypočítame zo vzťahu:[13] Risk = ( 1 – PNP ) * 100 %

Príklad požadovanej odolnosti

[upraviť | upraviť zdroj]
  • Sojuz
    • PNP = 0,9 / 15 rokov, pre (Al častice veľkosti ~0,2 cm, s rýchlosťou 9 km/s, dopadajúcimi pod uhlom 45°)
  • ATV – Automated Transfer Vehicle
    • PNP = 0,9981 / 180 dní (celé ATV), častica ~0,9 cm
    • PNP = 0,99975 / 180 dní (pretlaková časť)
  • Riziko stretu stanice ISS s kozmickým odpadom vzhľadom k orientácii stanice na smer letu
    Riziko stretu stanice ISS s kozmickým odpadom vzhľadom k orientácii stanice na smer letu
  • Space Shuttle Endeavour po misii STS-118 s prerazeným chladiacim radiátorom
    Space Shuttle Endeavour po misii STS-118 s prerazeným chladiacim radiátorom

Whipplov štít

[upraviť | upraviť zdroj]
Whipplov štít – princíp funkcie.[14] Pri malých telesách "A" príde k ich zastaveniu už na vrstve I. Pri silnejšom náraze však môžu byť z vrstvy I. vytrhnuté črepiny "D". Pri očakávaných telesách "B", príde na vrstve I. k ich fragmentácii a kužeľ fragmentov zastaví vrstva II. Pri veľkých telesách "C" dôjde na vrstve I. a II. k malej alebo žiadnej fragmentácii a chránená vrstva III. môže byť ničivo zasiahnutá.

Whipplov štít (angl. Whipple shield) bol vynájdený Fredom Whipplom. Je to viacvrstvový štít. V najjednoduchšej forme sa skladá z dvoch hliníkových plechov umiestnených v odstupe od chráneného povrchu. Prvý, tenší plech mikrometeorid nezastaví, no vzhľadom na vysokú energiu zrážky dôjde k fragmentácii mikrometeoroidu. Nasleduje vákuová medzera, v ktorej je priestor na rozptyl spŕšky fragmentov. Ideálne je docieliť dopad čo najmenších fragmentov na čo najvä��šiu plochu, ktorú zachytáva druhý, hrubší plech. Za štítom nasleduje opäť medzera, aby sa účinky dopadu neprenášali priamo na stenu kozmickej lode.[15] V sofistikovanejších štítoch býva viac rôznych vrstiev rôznych materiálov, pričom niektoré medzery môžu byť vyplnené napr. kevlarom, aerogelom[16], kovovou penou, tkaninou, plastom, kompozitom[17] a podobne.

Viacnásobný zásah na to isté miesto štítu spôsobí jeho prerazenie. Väčšie častice je nutné vopred detegovať napríklad radarovým systémom NORADu a vyhnúť sa im.

Protimeteorická ochrana textilnou obšívkou

[upraviť | upraviť zdroj]
Apollo 16 - ústrižok Beta textilu s bodkami Mesačného prachu

Protimeteorická ochrana textilnou obšívkou [18] funguje na podobnom princípe, ako Whipplov štít. Je účinná najmä proti mikrometeoroidom, ktoré majú malú hmotnosť, kedy je aj vlastná hmota pevnejšej tkaniny dostatočná, aby pri zrážke došlo k fragmentácii meteoroidu. Nasleduje vrstva tepelnej izolácie, ktorá zabezpečuje, že fragmentácia nastane čo najďalej od chráneného povrchu a vytvorí sa priestor na kužeľový rozptyl zbrzdených drobných trosiek, ktorý je následne zachytený pevnejšou vrstvou. Textilná protimeteorická ochrana - Beta textil, al. beta látka (angl. Beta cloth / beta fabric)[19] je súčasťou skafandrov pre výstup do otvoreného vesmíru, alebo pre pobyt na Mesiaci.[20] Texitilná obšívka je tiež napríklad súčasťou protimeteorickej ochrany kozmickej lode Sojuz (rusky противометеоритная защита), alebo ochrany rádioizotopového zdroja energie marťanského vozidla Curiosity.

  • Ochranné tepelné a protimeteorické vrtvy skafandra 1/LCVG-nylónová tkanina, 2/tepelno regulačné trubky, 3/vonkajšia nylónová tkanina, 4/ tlakový odev, 5/ ochranná vrstva, /6 TMG vložka neoprén potiahnutý nylónom, 7/ multivrstvová izolácia MLI, 8/ TMG krycia beta tkanina
    Ochranné tepelné a protimeteorické vrtvy skafandra 1/LCVG-nylónová tkanina, 2/tepelno regulačné trubky, 3/vonkajšia nylónová tkanina, 4/ tlakový odev, 5/ ochranná vrstva, /6 TMG vložka neoprén potiahnutý nylónom, 7/ multivrstvová izolácia MLI, 8/ TMG krycia beta tkanina
  • MSL Curiosity - Beta tkanina kryje zadnú stranu rádioizotopového zdroja energie
    MSL Curiosity - Beta tkanina kryje zadnú stranu rádioizotopového zdroja energie
  • Sojuz TMA-6 Protimeteorická ochrana textilnou obšívkou
    Sojuz TMA-6 Protimeteorická ochrana textilnou obšívkou
  • STS-9 Spacelab 1 - Ochrana vnútra otvoreného nákladného priestoru raketoplánu beta textilom
    STS-9 Spacelab 1 - Ochrana vnútra otvoreného nákladného priestoru raketoplánu beta textilom
  • Beta textil prerazený mikrometeoroidom
    Beta textil prerazený mikrometeoroidom

Referencie

[upraviť | upraviť zdroj]
  1. ↑ Eric Christiansen, NASA, 2003, Meteoroid/Debris Shielding
  2. ↑ Dušan Majer, článok: Kvuli-dire-v-sojuzu-mozna-probehne-vystup/ - protimeteorický štít lode
  3. ↑ Michal Václavík, článok - STS-118 ENDEAVOUR – PRŮBĚH MISE
  4. ↑ Jan Sedláček, záchrana Skylabu - štít protimeteorické ochrany
  5. ↑ - 2001-016A - STS 100 - Průběh letu - odkryli část protimeteorické ochrany
  6. ↑ Prvá americká vesmírna stanica Skylab - strata protimeteorického krytu [online]. [Cit. 2021-03-12]. Dostupné online. Archivované 2021-09-27 z originálu.
  7. ↑ NASA web Micrometeoroid and Orbital Debris (MMOD) Protection [online]. [Cit. 2021-02-27]. Dostupné online. Archivované 2009-10-29 z originálu.
  8. ↑ Riaditeľ RKK - Dodatočná protimeteorická ochrana kozmickej lode Sojuz
  9. ↑ Fotografia ESA – vysokorýchlostný náraz do tuhej steny
  10. ↑ ECSS‐E‐ST‐10‐04C, Space Environment
  11. ↑ P. Beltrami Karlezi, G. Drolshagen, M. Lambert, Hodnotenie rizika pre ATV vplyvom trosiek (angl.)
  12. ↑ Impact risk assessment
  13. ↑ Dana M. Lear, Eric L. Christiansen, James L. Hyde, Nárazník: nástroj na analýzu rizík kozmického odpadu pre vesmírne lode, 2019 (angl.)
  14. ↑ ESA, Hyperrýchlostný náraz – fotografia -Whipple shield, 1/prílet projektilu z prava, 2/ fragmentácia, 3/ kužel trosiek, 4/ záchyt trosiek
  15. ↑ video – priestrel 2,8mm Al guľka pri rýchlosti 7000m/s
  16. ↑ patent US20140287641A1 en - Layered aerogel composites
  17. ↑ patent US10000036B2 en - High kinetic energy penetrator shielding
  18. ↑ Strihanie protimeteorickej ochrany - obšívky - pri analýze poškodenia kozmickej lode Sojuz, Dušan Majer, Kvůli díře v Sojuzu možná proběhne výstup, 15. září 2018, www.kosmonautix.cz
  19. ↑ Beta textil - BA 500BC / CF500 F (Beta Cloth, Beta Fabric) angl.
  20. ↑ Skafander - tepelno-protimikrometeoricka vrstva - (angl. thermal micrometeoroid garment) - Complex Garment Systems to Survive in Outer Space

Iné projekty

[upraviť | upraviť zdroj]

Externé odkazy

[upraviť | upraviť zdroj]
Portal Kozmonautický portál
Zdroj: „https://sk.wikipedia.org/w/index.php?title=Protimeteorický_štít&oldid=7661783“