Kosmosetehnoloogia

Kosmosetehnoloogia on teaduse ja tehnika haru, mis tegeleb kosmoses kasutatavate materjalide ja masinate arendamise ja loomisega. Kuna kosmosekeskkond ei ole eriti sõbralik ja teekond sinna on väga keeruline, siis tuleb kosmosetehnoloogia arendamisel arvestada väga paljude aspektidega. Kosmosetehnoloogia hõlmab lisaks kosmoseaparaatide, satelliitide, kosmosejaamade ja tugivahendite arendamist ka standardite ja protseduuride väljatöötamist. Kosmoselennu kõige keerulisem osa on õhkutõus. Sel ajal mõjub kosmoseraketile ja pagasile eri jõudusid. Esiteks peavad nad taluma sinusoidset vibratsiooni sagedustel 30–2000 Hz. Sinusoidsest vibratsioonist veel ohtlikum on juhuslik vibratsioon, mis erinevalt sinusoidsest ei ole perioodiline ja mille amplituud muutub ajas. Paljudel pagasitel, eriti inimestel, on piiratud g-jõud, mida nad suudavad taluda. Inimeste jaoks on see umbes 3–6 g. Seetõttu ongi enamik rakette disainitud nii, et need jõud ei ületaks 5 g. Maa atmosfääris varieerub temperatuur eri kõrgustel võrreldes Maa kõrgusega merepinnast. Kõige külmemad temperatuurid asuvad mesopausi lähedal umbes 80 km kõrgusel. Seevastu kõige soojemad temperatuurid asuvad termosfääris, mis saab tugevat ioniseerivat kiirgust Van Alleni kiirgusvööndist. Temperatuurid kasvad kuni kõrguseni 200–300 km ja võivad ulatuda 1000–1500 K. Tavaliselt arvatakse, et kosmoses valitseb täielik vaakum. Tegelikult see nii pole. Näiteks 400 km kõrgusel on keskmiselt 800 miljonit aatomit/cm3. Vaakumilähedane keskkond toob kaasa fenomenid, mida maal tavaliselt nii suurel määral ei esine. Näiteks suureneb drastiliselt materjalide pinnal ja sees olevate gaaside lendumine keskkonda, mille tulemusel võivad materjali omadused muutuda ja põhjustada rikkeid. Osakeste olemasolu tähendab ka mingil määral takistusjõu tekkimist, seetõttu on kosmoseaparatuurid sunnitud omama pardal tõukejõudu tekitavaid seadmeid orbiidi säilitamiseks. Kiirgus on füüsikas elektromagnetlainete või aineosakeste kujul edastatav energiavoog. Kosmoses levivad suure energiaga laetud osakesed, mis Maal on blokeeritud Maa magnetvälja poolt, kuid kujutavad endast suurt ohtu väljaspool atmosfääri. Põhilised radiatsiooni liigid kosmoses on päikesetuul, UV-kiirgus, X-kiired, gammakiirgus, kosmiline kiirgus. Lisaks üksikute aatomite ja molekulide olemasolule kosmoses, levib seal ka suurel hulgal makro tasandil osakesi nagu mikrometeoriidid ja kosmoseprügi. Need väiksed osakesed on oma suure kiiruse tõttu võimelised läbi tungima ka metallidest ja vigastama kosmoseaparatuuri kriitilisi osi. Madala rõhu ja gravitatsiooni tõttu peab kosmoseaparatuur olema suuteline taluma mehaanilisi jõude igas suunas võrdselt. Praeguste arvutuste kohaselt on kõige soodsam hind ühe kilogrammi kosmosesse lennutamiseks SpaceX Falcon 9 taaskasutataval raketil. See on umbes 1500 € kilogrammi kohta. Pingutused kaalu vähendamise ja efektiivsuse tõstmiseks on põhilised väljakutsed kosmosetehnoloogias. Varasemate satelliitide mehaanilised probleemid olid mõnikord omistatud külmkeevituste tõttu. 2009. aastal avaldas Euroopa Kosmoseagentuur eksperdihinnangu, milles kirjeldatakse, miks külmkeevitus on oluline küsimus, mida kosmoseaparatuuri projekteerijad peavad hoolikalt kaaluma. Tänapäeval üldjuhul välditakse kosmosetehnoloogias keevituste kasutamist. Selle asemel eelistatakse detailide valmistamist ühest tükist. Soojusülekanne on siseenergia kandumine ühelt kehalt teisele. Kuna traditsioonilised soojusülekande liigid, nagu konvektsioon ja soojusjuhtivus pole võimalik, siis ainuke kosmoses võimalik soojusülekande liik on radiatsioon. Suured mehaaniliselt kokkuklapitavad struktuurid nagu päiksepaneelid, antennid on kõige tüüpilisemad struktuurid kosmosetehnoloogias. Nende suurte mõõtmete tõttu pole neid mõttekas õhkutõusu lahtisena ajal hoida. Põhilised süsteemid kokkuklapitavate struktuuride liigutamiseks on hinged, käärmehhanism, origami ja motoriseeritud liigendid. Poomstruktuuride käivitamiseks kasutatakse põhiliselt motoriseeritud liigendeid ja pingestatud linttoru. 21. sajandil uuesti päevakorda kerkinud mehitatud uurimismissioonid avakosmoses ja teistel taevakehadel on tõstatanud vajaduse struktuuridele inimeste elukeskkonna parandamiseks ja suurendamiseks. Üks sellised lahendusi on täispuhutavad struktuurid. Lisaks elupaikadele pakuvad täispuhutavad struktuurid võimalusi ruumikate õhulüüside loomiseks. Selle kasutusvõimalusi nähakse ka asteroidide korjamisel. Alternatiivne tehnoloogia täispuhutavatele struktuuridele on kokkupandavad kosmoseaparaadid. Põhilised materjalid kosmosetehnoloogias on süsinikkiud, titaan, alumiinium, keraamika, komposiitmaterjalid. Kosmos Kosmose koloniseerimine Kosmoseprügi Kosmosekeskkond Tartu Observatoorium