Mikrometeorické štíty

Primary tabs

Založil jsem toto téma, abychom nebyli offtopic v jiných.

Odolnost lodí v kosmu je podmíněna požadavkem na určité PNP (Probability of No Penetration - pravděpodobnost nepenetrace).
Při konstruování štítů se také počítá se směrem letu a počítá se míra ohrožení pro všechny směry. Pro danou hodnotu PNP tedy nemusí být štít všude stejně silný. Jako ochranný štít se používá zpravidla hliníkový dvojvrstvý tzv. Whipple shield (Whipplův štít). Jedna vrstva tenkého plechu je předsunuta o několik cm až dm před druhou, silnější vrstvu.

PNP pro vybraná plavidla a stanice:

Apollo Command Module (Meteoroidy) - 0,996 pro 8,3 dne trvající misi.
Skylab Module (Meteoroidy) 0,995 pro osmiměsíční misi
Shuttle Orbiter (Meteoroidy) 0,95 pro 500 misí
Spacelab Module (Meteoroidy) 0,999 pro sedmidenní misi
HST (Meteoroidy a k. smetí) 0,95 pro 2 roky
ISS (Meteoroidy a k. smetí) 0y98 až 0,998 pro kritické komponenty za 10 let.

Odolnost proti testovacím hliníkovým částicím je takováto (při rychlosti 9 km/s a úhlu dopadu 45°):

ISS: Nejvíce exponované strany odolají částicím o průměru 1 až 1,3 cm.
MIR: 0,3 cm.
Raketoplán: 0,2 až 0,5 cm (dle části).
Apollo a Skylab: 0,15 až 0,2 cm.

Zapomněl jsem na zdroj! :)
Data jsou z [i]METEOROID/DEBRIS SHIELDING[/i] (Christiansen 2003) - [url]http://ston.jsc.nasa.gov/collections/trs/_techrep/TP-2003-210788.pdf[/url].

Ze stejného zdroje data pro Sojuz:

PNP 0,9 na 15 let.
Odolnost (Al částice 9 km/s, 45°) - ~0,2 cm.

Pro ATV:

PNP 0,9981 pro 180 dní (celé ATV); 0,99975 pro 180 dní (přetlaková část).
Odolnost ~0,8 až ~0,9 cm.

(z http://articles.adsabs.harvard.edu/cgi-bin/nph-iarticle_query?2005ESASP....)

PNP pro MIR: 0,54 pro 11 let (z http://articles.adsabs.harvard.edu/cgi-bin/nph-iarticle_query?1997ESASP....).

Pro Tiangong-1 jsem nenašel žádné podrobnosti.

OK, díky. Z toho plyne, že odolnost mm ochrany rozhodně není jednotná. Zajímavé by bylo přepočítat PNP pro každou loď/modul na stejné časové období. Tak, jak je to uvedeno, se trochu ztrácí přehlednost a jasnější srovnání.

... škoda, že pro TG-1 se nedá podobný údaj nalézt.

Velmi zajimave. Diky!
Ohledne podminek ve vesmiru (vcetne tohoto problemu) je velmi zajimava ECSS norma ECSS-E-ST-10-04C, kterou lze projit zde:
http://www.spenvis.oma.be/ecss/frame.php/e_st_10_04c
a stahnout zde:
http://www.spacewx.com/Docs/ECSS-E-ST-10-04C_15Nov2008.pdf

Sekce 10 primo obsahuje i nejake zjednodusene modely...

Jinak bych moc rad delal tyhle testy, to plynove delo musi byt poradny macek :D

[quote]Jinak bych moc rad delal tyhle testy, to plynove delo musi byt poradny macek :D [/quote] Je. V závislosti na \"ráži\" a dosiahnute¾nej rýchlosti od pár ton po pár sto ton, dobre zabetónovaných.

Sojuz je chránený vlastne len tepelne izolačným viacvrstvým povlakom (MLI), konštrukciu protimeteorického štítu v podobe, ako ho má ATV, vlastne nemá vôbec.
Mir bol vybavený protimeteorickým štítom, ale dištančná vzdialenos medzi vonkajšou doskou a pl᚝om bola oproti ATV malá, len 20 a 50 mm oproti 128mm - to pochopite¾ne odolnos štítu znižuje, \"trosky\" vyrazené z vonkajšej dosky sú sústredené na menšej ploche.

Dala by se zjistit hodnota PNP i pro nafukovací struktury Bigellow? Jako budoucí dlouhodobě provozované orbitální obydlí by mělo mít podobný stupeò mm ochrany jako ISS.

V podstate sú protimeteorické štíty kozmických objektov konštruované na podobnom princípe, ako predstavné panciere obrnených vozidiel - \"vonkajšia\" doska má dopadajúci objekt naruši/rozruši, vnútorná potom zachycuje vzniknuté trosky, ktoré sa šíria v kuželovom výtrysku. Čím je vonkajšia doska ďalej, tým väčšia je plocha, na ktorú trosky dopadnú a namáhanie vnútornej dosky menšie.

Nafukovacie objekty Bigellow - bez znalosti štruktúry pl᚝a a protimeteorického štítu sa to zrejme odhaduje dos ažko.
Totiž - existencia plynovej náplne medzi vonkajšou doskou a vlastným pl᚝om je skôr nežiadúca - plyn síce umožòuje pomerne efektívne zbrzdi drobné trosky vyrazené z vonkajšej vrstvy, ale na druhej strane v òom pri dopade a pri šírení kuže¾a trosiek ¾ahko vznikajú hypersonické rázové vlny, ktoré môžu ma na konštrukciu vnútornej vrstvy horší efekt, ako samotný troskový kužel.
Na druhej strane, \"nafukovacia\" štruktúra má len malé problémy posunú vonkajšiu vrstvu aj do značnej vzdialenosti od vlastného hermetického pl᚝a, a teda nie je problém do tohto priestoru vloži ďalšie záchytné medzivrstvy, hoci i s plynovou náplòou.

Asi najlepším riešením pre nafukovaciu konštrukciu by bola nieko¾kovrstvá štruktúra, ktorá by obsahovala:
- vonkajšiu tenkú \"textilnú\" vrstvu pre zachytenie spätných výtryskov, môže zároveò slúži ako ochrana hlbších štruktúr proti slnečnému žiareniu (hlavne UV)
- vákuová medzera 50mm
- \"rozkladovú\" vrstvu z materiálu s hustotou aspoò okolo 3,5g/cm3 (dural), hrubú 1-2mm - na tejto vrstve je dopadajúci objekt \"rozbitý\" na kuželový prúd trosiek
- vákuová medzera 100-250mm
- záchytná vrstva z nejakého penového materiálu s nízkou hustotou uzavretá medzi textilné vrstvy hrubá 30-50mm
- vákuová medzera 100-250mm
- záchytná textilná vrstva (môže ich by aj nieko¾ko, s rozostupmi okolo 50mm)
- vákuová medzera 50-150mm
- \"zadná\" záchytná vrstva z elastického penového materiálu s vyššou hustotou, uzavretá medzi textilné vrstvy, hrubá 30-50mm. Môže tvori aj opornú štruktúru pre vnútorný hermetický pl᚝.
- je vnútornej strane je potom vlastný hermetický pl᚝ nafukovacieho modulu a jeho vnútorná ochranná vrstva.
Textilnou vrstvou myslím vrstvy materiálov podobných materiálom používaných pre balistické ochranné vesty.
[Upraveno 20.6.2012 Alchymista]

\"Zajímavé by bylo přepočítat PNP pro každou loď/modul na stejné časové období.\"

Jestli se k tomu večer dostanu, tak to přepočítám.

\"Dala by se zjistit hodnota PNP i pro nafukovací struktury Bigellow?\"

Pro Bigelow teď nevím, ale nafukovací modul TransHab plánovaný pro ISS měl PNP 0,985 pro 10 let, ovšem při použití přísnějšího modelu.
Plánovaný štít z vrstev Nextelu, vyplněného polyuretanovou pěnou a ze záchytnou vrstvou z kevlaru, byl schopen zastavit 1,8 cm Al projektil při rychlosti 6 km/s a 45° dopadovém úhlu.
Citace z prvního zdroje ve vlákně -
\"TransHab shielding is the most capable shield yet developed.\"

dopadový uhol 45° v postate znamená 1,4 násobný rozostup a hrúbku vrstiev.

v materialoch od bigelowa sa tvrdi ze ich nafukovacie stanice su odolnejsie voci impaktom nez doterajsie pevne konstrukcie vratane ISS. Neviem ci je to nejaky ich vlastny vystup, alebo vychadzaju z podkladov pre TransHab (bigelow v podstate odkupil technologiu transhabu).

[quote][quote]Jinak bych moc rad delal tyhle testy, to plynove delo musi byt poradny macek :D [/quote] Je. V závislosti na \"ráži\" a dosiahnute¾nej rýchlosti od pár ton po pár sto ton, dobre zabetónovaných. [/quote]

Trochu OT:
Muzete pouzit jednorazove dvoufazove zarizeni, kde prvni vam urychli naboj na rychlost okolo 5-6M, druha cast je pretlakova komora o vetsim prumeru se smesi kysliku a vodiku. Prulet naboje o spravnem tvaru, rychlosti a rozmeru mezikruzi vyplneneho uvedenou smesi vede k jejimu samozapaleni. Naboj je pak dale urychlovan, jako by byl vybaven raketovym motorem. Teoreticka mez je nekde v radu desitek km/s.
Na druhou stranu, je problem jak s timto pracovat. Pokud si vezmete naboj o hmotnosti 0,25kg, odpovida dopadova energie radove stovkam tun na prumer naboje. Tedy, je to pro strelbu od boku znacne neprakticke.

Dostal jsem se k tomu přepočítání, takže zde jsou výsledky PNP pro 1 rok na nízké oběžné dráze (LEO). Protože u některých lodí je udáván PNP jen pro mikrometeoroidy a kosmické smetí, je při přepočítávání použit u takových případů koeficient. Pro STS a Spacelabu je počítáno s pravděpodobností dopadu k. smetí 3× větším než u mikrometeoroidů (poměr 3:1) a u Apolla a Skylabu poměr 1:1. Při vzájemném porovnávání je třeba počítat i s tím, že u lodí připojených k ISS je do PNP započítáno i stínění stanicí. Svou roli u PNP také hraje velikost uzavřeného prostoru (větší objekt má větší šanci, že jej zasáhne velká částice). Proto třeba vysoké PNP Sojuzu, který má jinak mnohem nižší odolnost než většina uvedených prostředků (viz odolnost proti Al částicím dříve ve vlákně).
Vysv.: první sloupec - kosm. zařízení; druhý sloupec - předpokládaný počet dopadů s penetrací kritických komponent za 1 rok; třetí sloupec - PNP pro 1 rok; čtvrtý sloupec - max. průměr Al částice, která nepronikne (s 50% pravděpodobností?) při rychlosti 9 km/s pod úhlem 45°.

ISS 0,00010 0,9998995 1 - 1,3 cm
MIR 0,00509 0,9949205 0,3 cm
STS 0,00028 0,9997185 0,2 - 0,5 cm
Spacelab 2,72395 0,0656149
HST 0,01282 0,9872585
Sojuz 0,00047 0,9995318 ~0,2 cm
ATV (přetlaková část) 0,00103 0,9989710 ~0,9 cm
Skylab 0,01161 0,9884581 0,15 - 0,2 cm
Apollo Command Module 7,76176 0,0004257 0,15 - 0,2 cm
TransHab (nafukovací) 0,00015 0,9998489 ~2 cm

Bohužel zde nefunguje žádné formátování, takže tabulka ještě jednou, doufám, že to bude lepší:

ISS.....................0,00010..0,9998995.. 1 - 1,3 cm
MIR.....................0,00509..0,9949205..0,3 cm
STS.....................0,00028..0,9997185..0,2 - 0,5 cm
Spacelab................2,72395..0,0656149
HST.....................0,01282..0,9872585
Sojuz...................0,00047..0,9995318..~0,2 cm
ATV (přetlaková část)...0,00103..0,9989710..~0,9 cm
Skylab..................0,01161..0,9884581..0,2 cm
Apollo Command Module...7,76176..0,0004257..0,16 cm
TransHab (nafukovací)...0,00015..0,9998489..~2 cm

[quote]Bohužel zde nefunguje žádné formátování, takže tabulka ještě jednou, doufám, že to bude lepší:[/quote]
[code]
ISS.....................0,00010..0,9998995.. 1 - 1,3 cm
MIR.....................0,00509..0,9949205..0,3 cm
STS.....................0,00028..0,9997185..0,2 - 0,5 cm
Spacelab................2,72395..0,0656149
HST.....................0,01282..0,9872585
Sojuz...................0,00047..0,9995318..~0,2 cm
ATV (přetlaková část)...0,00103..0,9989710..~0,9 cm
Skylab..................0,01161..0,9884581..0,2 cm
Apollo Command Module...7,76176..0,0004257..0,16 cm
TransHab (nafukovací)...0,00015..0,9998489..~2 cm [/code]

takto by to slo?

Jo, super, díky!
Takhle to mělo vypadat. :)

Je jasné, že v počátcích kosmonautiky Apollo, Skylab, Sojuz stačila odolnost proti malým mikrometeoroidům, od 80. let s nárůstem smetí se podmínky zhoršovaly (STS a Mir), aby dnes dosahovaly odolnosti srovnatelné s pancéřovými vestami.

[quote][quote][quote]Jinak bych moc rad delal tyhle testy, to plynove delo musi byt poradny macek :D [/quote] Je. V závislosti na \"ráži\" a dosiahnute¾nej rýchlosti od pár ton po pár sto ton, dobre zabetónovaných. [/quote]Trochu OT:
Muzete pouzit jednorazove dvoufazove zarizeni, kde prvni vam urychli naboj na rychlost okolo 5-6M, druha cast je pretlakova komora o vetsim prumeru se smesi kysliku a vodiku. Prulet naboje o spravnem tvaru, rychlosti a rozmeru mezikruzi vyplneneho uvedenou smesi vede k jejimu samozapaleni. Naboj je pak dale urychlovan, jako by byl vybaven raketovym motorem. Teoreticka mez je nekde v radu desitek km/s.
Na druhou stranu, je problem jak s timto pracovat. Pokud si vezmete naboj o hmotnosti 0,25kg, odpovida dopadova energie radove stovkam tun na prumer naboje. Tedy, je to pro strelbu od boku znacne neprakticke. [/quote]
Často sa pre dosiahnutie vysokej rýchlosti (bežne 7-9km/s) používa konštrukcia \"Light gas gun\" - delo na ¾ahký plyn.
Vyzerá a funguje to takto:
základom konštrukcie je zosilnená hladkostenná hlaveò väčšieho kalibru (asi tak lodného dela -> 200-360mm, i viac), zosilnená je nábojová komora a na konci hlavne je inštalovaný masívny úsový nástavec. V úsovom nástavci sa hlaveò kuželovo zužuje a pokračuje \"malokalibrovou\" hlavòou s kalibrom strely, ktorá má by vystrelená.
Hlaveò ve¾kého kalibru sa nabije obvykle hliníkovým, oce¾ovým alobo viacdielnym piestom a \"poriadnou\" prachovou náplòou. Pred piest sa napustí vodík a do malokalibrovej hlavne sa vloží strela vo vodítku (vodítko je potrebné, aby sa dala použi pokusná strela rôznych rozmerov a aby sa pri urých¾ovaní nedotýkala hlavne - zjednodušuje použitie a zabraòuje \"kontaminácii\" experimentu). Medzi koncom kuželového úseku a malokalibrovou hlavòou je membrána, ktorá oddeluje čas naplnenú vodíkom od vlastnej malokalibrovej hlavne. Membrána sa pretrhne, keď tlak vodíku dosiahne aspoò nieko¾ko desiatok MPa.
Tým je systém pripravený k \"výstrelu\". Malokalibrová hlaveò ústi obvykle do expanznej komory (má zachyti expandujúci vodík po výstrele, aby nenarušil vlastný experiment) a následne do vlastnej pokusnej komory s terčom - celý systém od malokalibrovej hlavne po komoru s terčom je obvykle vákuový.
Pri výstrele je piest v hlavni ve¾kého kalibru urýchlený spalinami prachovej náplne na rýchlos až 2000-2500m/s (to je viacmenej maximum, čo sa dá dosiahnu s bežnými i menej bežnými strelivinami - strelnými prachmi). Pred sebou piest stláča vodíkovú náplò v hlavni ve¾kého kalibru a cez kuželový nástavec ju tlačí do malokalibrovej hlavne, kde prudko stláčaný vodík urýchluje vlastnú pokusnú strelu. Na konci výstrelu je piest zachytený v úsovom nástavci s kuželovým prechodom - oba tieto diely sú v podstate použitelné len na jeden výstrel.

Keďže rýchlos zvuku pri normálnom tlaku je vo vodíku cca 1270m/s oproti zhruba 330m/s v spalinách, vo vodíku sa objavujú aerodynamické rázové vlny ove¾a neskôr ako v spalinách strelivín a vodík tak dokáže strelu urýchli na výrazne vyššiu rýchlos, až do 15-20km/s i vyššie. Keď sa v sa totiž spalinách v hlavni objavia rázové vlny, ďalšie urých¾ovanie strely prestane by možné - hlaveò sa tzv. aerodynamicky upchá. Vo vodíkovej náplni k tomu dôjde až pri značne vyššej rýchlosti, než vo vzduchu, alebo v spalinách.

Najvýkonnejšie zariadenia sú v mieste úsového nástavca často zalomené do pravého uhla, pretože energia, ktorú ústový nástavec pri náraze piestu zachytáva, je obrovská (desiatky MJ)- pri zalomení odpadá problém, ako pár ton vážiaci nástavec skutočne stabilne upevni. Zalomenie systému umožní, aby sa tento blok mohol primerane pohybova do \"bezpečného smeru\" bez toho, že napácha nejaké škody na zvyšku aparatúry - je to jednoduchšie, ako ho skúša nejak napevno uchyti a riskova, že pri nejakom pohybe zdemoluje čas zariadenia. Druhou výhodou je, že v \"zalomenom systéme\" je výrazne znížené riziko, že experiment bude narušený napríklad nejakým úlomkom piestu alebo membrány vzniknutého pri zachytení piestu v kuželovom prechode oboch hlavní.

schema
[code]
--------------\\ |-------| |---------|
| II >==========| |=========| T |
--------------/ |_______| |_________|
hlaveò1 prechod hlaveò2 exp. kom. pokus. kom.
[/code]
[Upraveno 21.6.2012 Alchymista] [Upraveno 21.6.2012 Alchymista] [Upraveno 21.6.2012 Alchymista]

Tady je krátký článeček o odpadcích ve vesmíru s pěknými a názornými fotkami.

https://leafclover.club/chem-opasen-na-kosmicheskih-skorostyah-dazhe-kro...

Nejlepší je asi tento:
[img]https://cdn1.leafclover.club/wp-content/uploads/2017/10/2-98.jpg [/img]

Plastový váleček urychlený na 6795 m/s a jeho účinek na 102 mm tlustý hliníkový blok.