easyfly.pl

1. Wstęp

Moje zainteresowanie potrzebą znalezienia nowej, skutecznej metody ochrony pojazdów kosmicznych przed wysoko energetycznymi zderzeniami cząstek materii międzyplanetarnej, pchnęło mnie do wymyślenia czegoś “nowego” (jak mniemam) w tej kwestii. Jeżeli mój pomysł zawiera jakieś już opatentowane, myśli lub też jest całkowicie pozbawiony sensu to proszę o wybaczenie.

Założeniem, które przyświecało mi przy tworzeniu tego projektu, było odejście od istniejących rozwiązań, stworzenie czegoś unikalnego, a jednocześnie prostego.

1.1 Geneza

Rozmyślając nad obecnymi rozwiązaniami technicznymi rzucającą się od razu wadą, a właściwie cechą charakterystyczną obecnie stosowanych “bumperów” jest ich jednorazowość. Mam tu na myśli to, iż poprzez pochłonięcie energii związanej z kolizją cząsteczki z powłoką ochronną, zostaje zniszczona ciągłość materiału. Muszę przyznać, iż natchnieniem, dzięki któremu doznałem “oświecenia” był film “Seaquest DSV”, gdzie nowoczesna łódź podwodna wyposażona była w samo naprawiające się poszycie.

2. Myśl przewodnia

Główny cel, jaki przyświecał mojemu projektowi to chęć stworzenia takiej osłony, która pomimo jednego bądź kilku zderzeń mogła by nadal spełniać swoje zadanie – czyli chroniła “misję”. NASA oraz inne agencje kosmiczne projektując przyszłe wyprawy na Marsa oraz dalej w głąb Kosmosu nie mogą zapomnieć o tym, iż przestrzeń międzyplanetarna nie jest pusta, a ciała niebieskie takie jak Jowisz to potężne “odkurzacze”, których studnia grawitacyjna ściąga wszelki “gruz kosmiczny”. Z tego też powodu dobra powłoka anty zderzeniowa powinna mieć możliwość regeneracji (przynajmniej w pewnym stopniu).

Projekt aktywnej powłoki (osłony odłamkowej) z pewnością mógłby być wykorzystany tylko w połączeniu z konwencjonalnymi “bumperami”, gdyż jego zasadniczą rolą ma być “pochłanianie” energii szybkich cząstek materii międzyplanetarnej oraz umożliwienie ewentualnej ewakuacji poprzez zminimalizowanie uszkodzeń poszycia.

3. Model podstawowy

Przedstawiony w tym punkcie model będzie naszym modelem wyjściowym, którego pomysł zrodził się w roku 2002 kiedy byłem jeszcze studentem Inżynierii Materiałowej i Ceramiki. Przyda nam się on do dalszych rozważań na temat modyfikacji i uszczegółowienia metody dla szczególnych (sic!) zastosowań.

Pragnę również podkreślić, iż jest to jedynie projekt teoretyczny, oparty na przemyśleniach autora. Nie jest to projekt technologiczny, lecz przedstawienie toku rozumowania oraz opis ogólnej idei.

Mój sposób ochrony polega na “otoczeniu” pojazdu, lub jego newralgicznych części, zbiorem cząstek o różnych średnicach, gdzie rozkład ich średnic zmieniał by się w raz z odległością od poszycia, tak aby w odległości lmax najmniejsza średnica użytych cząstek (dn) osiągnęła średnicę mniejszą niż średnia średnica cząstek (spotykanych w bliskiej przestrzeni kosmicznej) (rys 1.) Cząsteczki w powłoce umieszczone są stosunkowo luźno, szczególnie w pierwszych jej warstwach. Ziarna materiału mogą się w pewnym stopniu przemieszczać, a warstwy na granicach przenikają się wzajemnie. Ośrodkiem, w którym zawieszone są ziarna może być żel, płyn o odpowiedniej lepkości, lub pole magnetyczne. Pamiętajmy że “praca” wykonywana jest w próżni przestrzeni kosmicznej.

Należy rozpatrzeć 3 podstawowe przypadki pracy osłony, kiedy średnica “pocisku” (dp) jest:

dp < d n dp > d n
dp >> dn (znacznie większe)

W pierwszej fazie zderzenia część energii zostanie pochłonięta na “zniszczenie” cząstek z pierwszych warstw, natomiast w dalszej kolejności energia “pocisku” zostanie wytracana w kolejnych zderzeniach sprężystych i niesprężystych z cząstkami głębszych warstw “powłoki”.

Postuluje dodanie warstwy (d0) cząstek o średnicy dn między poszyciem a warstwą d1 z silną penetracją do tejże warstwy. Dlaczego? Podczas każdego z wymienionych rodzajów zderzeń następuje lokalne zagęszczenie materii z jednoczesnym przemieszczeniem jej w stronę poszycia. Tak więc ostateczna bariera z dużej ilości cząstek d0 spowodowała by rozłożenie siły przyłożonej do powłoki na większą powierzchnię.

Niewątpliwie powyższe rozważania powinny zostać sprawdzone doświadczalnie a model kinematyczny zasymulowany komputerowo.

3.1 Aktywne zabezpieczenie dalekiego zasięgu w postaci orbitujących drobin materii utrzymywanych w polu magnetycznym. (np. osłona elementów zasilania)

“Medium wiążącym” cząstki powłoki ochronnej byłoby pole magnetyczne, stąd materiałem powłoki powinny być pewne stopy metaliczne o odpowiedniej gęstości (nie mniejszej niż 2.88g/cm3 – jak wskazuje literatura jest to średnia gęstość drobin gruzu między planetarnego przecinającego orbitę Ziemi). Powłoka ta, miała by tą przewagę nad tradycyjnymi konstrukcjami, że potrafiła by (przynajmniej teoretycznie) “przeżyć” wiele “kosmicznych zderzeń”. Dzięki swojemu dyspersyjnemu charakterowi oraz zastosowaniu pola magnetycznego, odłamki niektórych rodzajów pocisków, oraz pochodzący z powłoki gruz po zderzeniowy, mogły by pozostawać nadal w polu magnetycznym (zjawisko przechwytywania materii). Oczywistym jest że “samo naprawianie” powłoki w wyniku przemieszczania się cząstek dyspersyjnych, oraz “przechwytywania” gruzu nie wyklucza napraw, tudzież odnowy powłoki.

Powłoka taka mogła by być stosowana na przykład lokalnie, jedynie do osłony silnika lub części załogowej, spełniając dodatkową funkcję jaką była by ochrona (przynajmniej w pewnym stopniu) przed promieniowaniem kosmicznym dzięki (zastosowanie pola magnetycznego). Osobnym problemem jest tu kwestia wytworzenia odpowiednio mocnego pola magnetycznego. Wiele projektów silników nowej generacji wykorzystuje pole magnetyczne np. do ukierunkowania plazmy nie jest to jednak przedmiotem powyższych rozważań.

3.2.Aktywne zabezpieczenie bliskiego zasięgu

Elastyczna mata będąca de facto pojemnikiem dwu i więcej ściennym wypełnionym zdyspergowanymi drobinami ceramicznymi w osnowie żelowej. Dzięki takiej budowie po ewentualnej kolizji ciśnienie zewnętrzne (atmosfera statku/stacji) działające na gel doprowadza do zagęszczenia ilości drobin w perforacji i do wypełnienia otworu. Takie działanie może wydłużyć czas potrzebny do ewakuacji bądź efektywnej naprawy.

3.3 Aktywne zabezpieczenie bliskiego zasięgu będące jednocześnie czujnikiem uszkodzeń

Rozwinięciem pomysłu z punktu 3.2 jest osłona wypełniona żelem lub płynem o odpowiednim napięciu powierzchniowym i lepkości zawierającym makrocząsteczki dipolowe pozostające w spolaryzowanym polu elektrycznym (coś jak kondensator) gdy drobina rozerwie poszycie następuje lokalny spadek polaryzacji pola elektrycznego, a ciśnienie atmosfery z wnętrza pojazdu działa bezpośrednio na żel który zostaje “wyciskany ze szczeliny. Na skutek parcia i lokalnej depolaryzacji, ziarna (wcześniej znajdujące się w stanie równowagi) zagęszczają się wokół otworu, a osnowa (rozpuszczalnik) pod wpływem niskiej temperatury np. twardnieje…
Takie poszycie mogło by spełniać również rolę czujnika szczelności pojazdu.

4.Podsumowanie

• Zaproponowano kilka odmian jednego modelu zderzaka.
• Zdyspergowane cząstki utrzymywane w odpowiedniej osnowie lub polu sił poprzez zróżnicowanie swych średnic mogą pochłaniać większe ilości energii kinetycznej niż standardowe bumpery.
• Dzięki dodatkowym zjawiskom takim jak możliwość przesuwania się ziarn powstaje efekt zagęszczenia materii przed czołem zderzenia, co powoduje rozłożenie siły uderzenia na większą powierzchnię poszycia.
• Dodatkowo zastosowanie zróżnicowanych materiałów osnowy może korzystnie wpłynąć na właściwości uszczelniające

5.Wnioski

Uważam, że nowe podejście do wytwarzania osłon anty zderzeniowych jest konieczne w celu uzyskania zadowalających efektów ochrony. Powyższe rozważania teoretyczne mogą okazać się nieprawdziwe, dlatego niezbędne jest wykonanie symulacji numerycznych od których wyników zależeć będzie powstanie ewentualnych prototypów.

ps. Przypomnę tylko, że pomysł powstał kilka lat temu i przez pewien okres czasu był rozwijany (model teoretyczny). W tej chwili istnieje szansa, że podobne rozwiązania już funkcjonują. Jeśli wiesz coś na w/w temat to bardzo proszę o info, tudzież podanie linka/źródła. Pozdrawiam.