Protimeteorický štít

náhľad|ATV-4: Pretlaková časť chránená plneným whipplovým štítom s ochrannou obšívkou

Protimeteorický štítEric Christiansen, NASA, 2003, Meteoroid/Debris ShieldingDušan Majer, článok: Kvuli-dire-v-sojuzu-mozna-probehne-vystup/  - protimeteorický štít lode (iné názvy: mikrometeorický štítMichal Václavík, článok - STS-118 ENDEAVOUR – PRŮBĚH MISE, protimeteorická ochranaJan Sedláček, záchrana Skylabu - štít protimeteorické ochrany - 2001-016A - STS 100 - Průběh letu - odkryli část protimeteorické ochrany, protimeteorický kryt)(angl. Micrometeoroid and Orbital Debris (MMOD) Protection, rusky противометеоритная защита Riaditeľ RKK - Dodatočná protimeteorická ochrana kozmickej lode Sojuz ) 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 stenyFotografia ESA – vysokorýchlostný náraz do tuhej steny 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.ECSS‐E‐ST‐10‐04C, Space Environment    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 
náhľad|Protimetorický štít pretlakového modulu ATV, Whippleov štít plnený kevlarom.P. Beltrami Karlezi, G. Drolshagen, M. Lambert,  Hodnotenie rizika pre ATV vplyvom trosiek (angl.)
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.Impact risk assessment

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:Dana M. Lear, Eric L. Christiansen, James L. Hyde, Nárazník: nástroj na analýzu rizík kozmického odpadu pre vesmírne lode, 2019 (angl.) Risk = ( 1 – PNP ) * 100 %

 Príklad požadovanej odolnosti 
 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)

 Whipplov štít 
náhľad|Whipplov štít – princíp funkcie.ESA, Hyperrýchlostný náraz – fotografia -Whipple shield, 1/prílet projektilu z prava, 2/ fragmentácia, 3/ kužel trosiek, 4/ záchyt trosiek

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 najväčšiu plochu, ktorú zachytáva druhý, hrubší plech. Za štítom nasleduje opäť medzera, aby sa účinky dopadu neprenášali priamo na stenu kozmickej lode.video – priestrel 2,8mm Al guľka pri rýchlosti 7000m/s V sofistikovanejších štítoch býva viac rôznych vrstiev rôznych materiálov, pričom niektoré medzery môžu byť vyplnené napr. kevlarom, aerogelom patent  US20140287641A1 en - Layered aerogel composites, kovovou penou, tkaninou, plastom, kompozitompatent US10000036B2 en - High kinetic energy penetrator shielding 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 
náhľad| Apollo 16 - ústrižok Beta textilu s bodkami Mesačného prachu
Protimeteorická ochrana textilnou obšívkou 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     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)Beta textil - BA 500BC / CF500 F (Beta Cloth, Beta Fabric) angl. je súčasťou skafandrov pre výstup do otvoreného vesmíru, alebo pre pobyt na Mesiaci.Skafander - tepelno-protimikrometeoricka vrstva - (angl. thermal micrometeoroid garment) - Complex Garment Systems to Survive in Outer Space  Texitilná obšívka je tiež napríklad súčasťou protimeteorickej ochrany kozmickej lode Sojuz (rusky противометеоритная защита), alebo ochrany rádioizotopového zdroja energie marťanského vozidla Curiosity.


 Referencie 

 Iné projekty 

 Externé odkazy 

 ESA, hyperrýchlostný náraz 

Kategória:Kozmické lode
Kategória:Kozmonautika
Kategória:Štíty
Kategória:Kozmická technika