Osvědčí se nový typ tepelného štítu?

Tepelný štít je důležitou součástí každého kosmického dopravního prostředku, který při návratu z vesmíru vstupuje vysokou rychlostí do zemské atmosféry. Nová generace tepelných štítů, ať už k ochraně kosmonautů či různého nákladu, bude možná využívat supravodivé magnety k odvedení plazmy vznikající na přední straně kosmické lodi při jejím průletu zemskou atmosférou. První zkoušky tepelného štítu tohoto typu budou zřejmě uskutečněny až za 10 let, avšak základní technologie se již vyvíjejí.

Tradiční tepelné štíty využívají proces ablace k odvodu tepla z povrchu kosmické lodi. V podstatě materiál, který ochraňuje vnější povrch návratové kabiny, se odpařuje a tím odvádí pryč přebytečné teplo. Tepelný štít tohoto typu používají například ruské kosmické lodi Sojuz. Americký raketoplán naopak používá izolační dlaždice, které jsou špatnými vodiči tepla a zabraňují tak jeho prostupu na konstrukci dopravního prostředku. Magnetický tepelný štít by měl být lehčí a znovu použitelný při každém dalším kosmickém letu.

Magnetický tepelný štít bude využívat supravodivé materiály k vytvoření velmi silného magnetického pole v blízkosti povrchu čelní strany dopravního prostředku. Toto magnetické pole bude odvádět stranou velmi horkou plazmu, která vzniká za vysokých teplot v důsledku tření povrchu kosmického tělesa o vzduch při průletu atmosférou Země. Tak bude redukována nebo zcela eliminována potřeba izolačního nebo ablativního materiálu k ochraně kosmické lodi.

Problémy s tepelným štítem na povrchu kosmické lodi mohou mít fatální důsledky; katastrofa amerického raketoplánu Columbia byla způsobena především v důsledku poškození dlaždic tepelné ochrany na povrchu raketoplánu v průběhu startu na oběžnou dráhu. Nově navrhovaný systém může být mnohem spolehlivější a méně náchylný k poškození než v současné době používané technologie výroby ochranných tepelných štítů.

Na evropské letecko-kosmické konferenci, která se uskutečnila v říjnu 2009 v Manchesteru, prohlásil Detlev Konigorski ze soukromé aerokosmické firmy Astrium EADS, že ve spolupráci s německým letecko-kosmickým střediskem DLR (Deutschen Zentrums for Luft- und Raumfahrt) a Evropskou kosmickou agenturou ESA firma Astrium pracuje na vývoji magnetického tepelného štítu, který by mohl být vyzkoušen již v příštích několika letech.

Vědci v současné době vyhodnocují vlastnosti supravodivého materiálu, avšak ještě nemají vyřešeny všechny technické detaily, jak jej umístit na ruské balistické pouzdro Volan pro připravovaný zkušební let. V tomto stadiu vývoje je nutno vyřešit ještě celou řadu technických problémů.

Pouzdro Volan opatřené magnetickým tepelným štítem bude vypuštěno na suborbitální dráhu raketou z ponorky. Modifikovaná balistická raketa Volna je schopna nést náklad o hmotnosti 650 kg. Pouzdro Volan vstoupí do zemské atmosféry rychlostí Mach 21 a přistane na poloostrově Kamčatka.

Je zde ještě dlouhý seznam dalších technických problémů, které je nutno vyřešit před praktickým použitím nového typu tepelného štítu, takže nemůžeme očekávat, že podobným systémem bude vybavena například návratová kabina americké kosmické lodi Orion.

Nutno dodat, že již probíhají zkoušky tzv. nafukovacích tepelných štítů, které by rovněž mohly být využívány k ochraně vracejících se kosmických těles při průletu atmosférou. Mohly by jimi být vybavena také kosmické sondy přistávající na planetách, obklopených atmosférou. Zkoušky těchto systémů (Inflatable Re-entry Vehicle Experiment, IRVE) probíhají již několik let. Nejprve se této problematice věnovala ESA ve spolupráci s Ruskem. Avšak vzhledem k problémům s oddělováním hlavice od rakety ne zrovna úspěšně.

V loňském roce navázala na tyto zkoušky NASA. Jeden z posledních pokusů byl realizován v srpnu roku 2009. Raketa Black Brant 9 startující ze základny Wallops Flight Facility vynesla do výšky přes 200 km nafukovací tepelný štít o hmotnosti 40 kg, složený v pouzdru o průměru 40 cm. V závěrečné fázi letu se pouzdro oddělilo, tepelný štít byl pod tlakem naplněn dusíkem, přičemž se nafoukl do podoby „klobouku“ velké houby o průměru 3 m. Užitečné zatížení představoval navigační a telemetrický systém, shromažďující údaje o průběhu letu.

Zdroj: http://www.universetoday.com/2009/11/30/the-next-generation-of-heat-shield-magnetic/#more-46474

autor: František Martinek