Tepelny ?tit

Tepelny ?tit (obecn?ji tepelna ochrana ) je ochranna vrstva um?leho kosmickeho t?lesa (nap?iklad kosmicke lodi ) nebo balisticke st?ely , chranici p?ed u?inky aerodynamickeho oh?evu p?i sestupu atmosferou Zem? nebo jine planety. ^[1]^[2]^[3]

Vyu?iva se v letectvi a kosmonautice p?i brzd?ni navratovych nebo p?istavacich pouzder. P?i navratu z nizke ob??ne drahy se typicky ?pi?kovy tepelny tok v razove vln? pohybuje kolem 500 kW/m ², u meziplanetarnich let? je to n?kolik MW/m ². ^[4]^[5] Ulohou tepelneho ?titu je zabranit p?estupu tepla z razove vlny na kosmicke t?leso.

Systemy tepelne ochrany lze rozd?lit nap?iklad na: ^[6]

pasivni (tepelny rezervoar, radiativni, izola?ni, ablativni) ? jedine dnes pou?ivane pro kosmicke lod?
poloaktivni a aktivni (chlazeni tepelnymi trubicemi, vyparnikove chlazeni, cirkula?ni chlazeni, aerodynamicke chlazeni mezni vrstvy) ? navr?eno zejmena pro scramjety , chlazeni mezni vrstvou se pou?iva pro chlazeni st?n spalovaci komory a trysky raketovych motor? .

Pasivni tepelna ochrana [ editovat | editovat zdroj ]

Ablativni chlazeni [ editovat | editovat zdroj ]

Pracuje na principu vytvo?eni chladn?j?i mezivrstvy proudicich par mezi razovou vlnou a povrchem ?titu. Ablativni tepelny ?tit je vyroben z materialu s nizkou tepelnou vodivosti a vysokym m?rnym vyparnym teplem. P?i pr?chodu atmosferou za vysoke hypersonicke rychlosti se povrchova vrstva ?titu ?aste?n? tavi a odpa?uje a teplo vznikajici v razove vln? je tak odneseno proudem plyn? , jimi? se t?leso pohybuje. Lze je navrhnout i pro velmi vysoke tepelne zat??e, v?t?inou na jedno pou?iti. Paradoxn?, p?i p?ili? nizkych tepelnych zat??ich (kdy nedojde k odpa?ovani a ?tit pak pracuje jen jako izolace) m??e ochranna funkce selhat.

P?iklady ablativnich material?: ^[7]

prysky?ice (hl. fenolove) ? nejstar?i tepelne ?tity, nap?. u lodi Vostok
FM5055 ? fenolova prysky?ice s uhlikovym plnivem, pou?ita nap?. u atmosferickeho pouzdra sondy Galileo (rekordni vstupni rychlost ? 47 km/s, rekordni tepelny tok ? a? 300 MW/m ²^[8]^[4])
AVCOAT ? epoxidove a fenol-formaldehydove prysky?ice se sklen?nym plnivem, pou?it u lodi Apollo
SLA561-V ? lehka tepelna ochrana pro vy??i tepelnou zat??, poprve pou?ita na sondach Viking
SIRCA ? keramicky ablator impregnovany silikonem, strojov? dob?e obrobitelny
PICA/PICA-X ? uhlikova vlakna ve fenolove prysky?ici, pou?ito nap?. u sondy Stardust nebo MSL . Varianta PICA-X m??e byt pro navrat z nizke ob??ne drahy Zem? pou?ita i opakovan? (nap?. u lodi Dragon ).

Tepelny rezervoar (kapacitni tepelna ochrana) [ editovat | editovat zdroj ]

Principem tohoto typu tepelne ochrany je pohlceni p?ichoziho tepla v materialu ?titu tak, aby se nedostalo ve ?kodlive mi?e k nosnym strukturam kosmicke lod?. Tato funkce je obsa?ena ve v?ech typech tepelnych ?tit?, v "?iste" podob? byla pou?ita jen v programu suborbitalnich let? Mercury-Redstone ( beryliova "houba") nebo u n?kterych jadernych hlavic (nap?. americke Mk.2 s m?d?nym rezervoarem). ^[9] Problemem t?chto tepelnych ?tit? je p?edev?im velka hmotnost.

Radiativni chlazeni [ editovat | editovat zdroj ]

Tok za?ive tepelne energie z povrchu roste se ?tvrtou mocninou teploty ( Stefan?v?Boltzmann?v zakon ). Material tepelneho ?titu tedy m??e zna?nou ?ast tepla z plynu zah?atem razovou vlnou vyza?it, a? u? okam?it? nebo postupn? (slou?i-li ?tit zarove? jako tepelny rezervoar). Tento princip chlazeni se uplat?uje zejmena nap?. na nose a nab??nych hranach raketoplan? z uhlik-uhlikovych kompozit? , kde teplota p?i navratu p?esahuje 1500 °C. Jsou vyvijeny vysokoteplotni slitiny a keramiky na bazi zirkonia a hafnia . ^[10]

Izola?ni ochrana [ editovat | editovat zdroj ]

Material tepelneho ?titu funguje zarove? jako izolace nosne konstrukce pod nim. Zejmena na mistech, kde je teplota povrchu pon?kud ni??i, lze vyu?it material? s extremn? malou tepelnou vodivosti , jako jsou nap?iklad u raketoplanu dla?dice z k?emennych vlaken (do 1260 °C) nebo specialni tkanina (Nomex, do 370 °C). ^[11]

Tvar tepelneho ?titu [ editovat | editovat zdroj ]

I kdy? nejlep?i hypersonicke vlastnosti maji t?lesa s ostrymi hranami, nelze je zatim prakticky pou?it pro t?lesa vracejici se z ob??ne drahy . Tepelny tok do ?ela leticiho t?lesa je men?i u t?les "tupych", diky v?t?i vzdalenosti razove vlny od povrchu t?lesa (tepelny tok je nep?imo um?rny odmocnin? z polom?ru zak?iveni povrchu, teorii vypracoval roku 1953 Harry Julian Allen ). ^[12]

Provedeni tepelneho ?titu [ editovat | editovat zdroj ]

Tepelny ?tit je obvykle pevnou sou?asti t?lesa. M??e byt bu? nanesen plo?n? p?imo na povrch dopravniho prost?edku ( Vostok ), na jeho odhazovaci ?ast ( Sojuz ) nebo skladan z men?ich ?asti ( raketoplan ). Pro ni??i rychlosti lze pou?it jako tepelnou ochranu i specialni nat?ry ( X-15 ). Testovany byly i tepelne ?tity nafukovaci. ^[13]^[14]

Reference [ editovat | editovat zdroj ]

↑ [1] ?lanek Dru?ice a sondy na laik.kosmo.cz
↑ [2] Tepelna ochrana kosmickych lodi p?i letu atmosferou, p?epis z L+K 16/1978
↑ [3] Petr Lala, Antonin Vitek, Mala encyklopedie kosmonautiky, Mlada fronta, Praha 1982
↑ ^a ^b [4] Archivovano 6. 4. 2013 na Wayback Machine . Coming home:reentry and recovery from space, R.D.Launius, D.R.Jenkins, NASA, 2011
↑ [5] Archivovano 19. 3. 2015 na Wayback Machine .Returning from Space:Re-entry, R.Motion, FAA
↑ [6] Fifty years of hypersonics: where we’ve been, where we’re going, John J. Bertin, Russell M. Cummings, USAF Academy
↑ [7] Thermal Protection System Technologies for Enabling Future Sample Return Missions, E.Venkatapathy aj., NASA JPL, 2010
↑ [8] Galileo Probe Heat Shield Ablation Experiment, F.S.Milos, Journal of Spacecraft and Rockets, Vol. 34, No. 6 (1997), pp. 705-713. doi: 10.2514/2.3293
↑ [9] "Heat Sink Versus Ablation" v "This New Ocean: A History of Project Mercury", L.S.Swenson Jr., J.M.Grimwood, C.C.Alexander, NASA, 1989
↑ [10] Archivovano 12. 3. 2014 na Wayback Machine .Thermal Protection System (TPS) and Materials, NASA
↑ [11] Archivovano 15. 7. 2009 na Wayback Machine .Space Shuttle Orbiter Systems: Thermal Protection System, NASA
↑ [12] Hypersonics and the Transition to Space, NASA
↑ [13] Inflatable Re-Entry Technologies: Flight Demonstration and Future Prospects, 2000
↑ [14] NASA Launches New Technology: An Inflatable Heat Shield, 17.8.2009

Externi odkazy [ editovat | editovat zdroj ]

Obrazky, zvuky ?i videa k tematu Tepelny ?tit na Wikimedia Commons

[1] [1] ?lanek Dru?ice a sondy na laik.kosmo.cz

[2] [2] Tepelna ochrana kosmickych lodi p?i letu atmosferou, p?epis z L+K 16/1978

[3] [3] Petr Lala, Antonin Vitek, Mala encyklopedie kosmonautiky, Mlada fronta, Praha 1982

[cominghome-4] [4] Archivovano 6. 4. 2013 na Wayback Machine . Coming home:reentry and recovery from space, R.D.Launius, D.R.Jenkins, NASA, 2011

[5] [5] Archivovano 19. 3. 2015 na Wayback Machine .Returning from Space:Re-entry, R.Motion, FAA

[6] [6] Fifty years of hypersonics: where we’ve been, where we’re going, John J. Bertin, Russell M. Cummings, USAF Academy

[7] [7] Thermal Protection System Technologies for Enabling Future Sample Return Missions, E.Venkatapathy aj., NASA JPL, 2010

[8] [8] Galileo Probe Heat Shield Ablation Experiment, F.S.Milos, Journal of Spacecraft and Rockets, Vol. 34, No. 6 (1997), pp. 705-713. doi: 10.2514/2.3293

[9] [9] "Heat Sink Versus Ablation" v "This New Ocean: A History of Project Mercury", L.S.Swenson Jr., J.M.Grimwood, C.C.Alexander, NASA, 1989

[10] [10] Archivovano 12. 3. 2014 na Wayback Machine .Thermal Protection System (TPS) and Materials, NASA

[11] [11] Archivovano 15. 7. 2009 na Wayback Machine .Space Shuttle Orbiter Systems: Thermal Protection System, NASA

[12] [12] Hypersonics and the Transition to Space, NASA

[13] [13] Inflatable Re-Entry Technologies: Flight Demonstration and Future Prospects, 2000

[14] [14] NASA Launches New Technology: An Inflatable Heat Shield, 17.8.2009

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]