Kosmonautika (úvodní strana)
Kosmonautika@kosmo.cz
  Nepřihlášen (přihlásit)
  Hledat:   
Aktuality Základy Rakety Kosmodromy Tělesa Sondy Pilotované lety V Česku Zájmy Diskuse Odkazy

Obsah > Diskuse > XForum

Fórum
Nejste přihlášen

< Předchozí téma   Další téma >
Téma: Mikrometeorické štíty
20.6.2012 - 11:42 - 
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.
 
20.6.2012 - 11:44 - 
Zapomněl jsem na zdroj!
Data jsou z METEOROID/DEBRIS SHIELDING (Christiansen 2003) - http://ston.jsc.nasa.gov/collections/trs/_techrep/TP-2003-210788.pdf.
 
20.6.2012 - 13:02 - 
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.587..453D&data_type=PDF_HIGH&whole_paper=YES&type=PRINTER&filetype=.pdf)

PNP pro MIR: 0,54 pro 11 let (z http://articles.adsabs.harvard.edu/cgi-bin/nph-iarticle_query?1997ESASP.393..503C&defaultprint=YES&filetype=.pdf).

Pro Tiangong-1 jsem nenašel žádné podrobnosti.
 
20.6.2012 - 13:37 - 
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.
 
20.6.2012 - 13:57 - 
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
 
20.6.2012 - 15:04 - 
quote:
Jinak bych moc rad delal tyhle testy, to plynove delo musi byt poradny macek
Je. V závislosti na "ráži" a dosiahnuteľnej 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 vzdialenosť medzi vonkajšou doskou a plášťom bola oproti ATV malá, len 20 a 50 mm oproti 128mm - to pochopiteľne odolnosť štítu znižuje, "trosky" vyrazené z vonkajšej dosky sú sústredené na menšej ploche.
 
20.6.2012 - 15:05 - 
Dala by se zjistit hodnota PNP i pro nafukovací struktury Bigellow? Jako budoucí dlouhodobě provozované orbitální obydlí by mělo mít podobný stupeň mm ochrany jako ISS. 
20.6.2012 - 15:12 - 
V podstate sú protimeteorické štíty kozmických objektov konštruované na podobnom princípe, ako predstavné panciere obrnených vozidiel - "vonkajšia" doska má dopadajúci objekt narušiť/rozrušiť, 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 plášťa a protimeteorického štítu sa to zrejme odhaduje dosť ťažko.
Totiž - existencia plynovej náplne medzi vonkajšou doskou a vlastným plášťom je skôr nežiadúca - plyn síce umožňuje pomerne efektívne zbrzdiť drobné trosky vyrazené z vonkajšej vrstvy, ale na druhej strane v ňom pri dopade a pri šírení kužeľa trosiek ľahko vznikajú hypersonické rázové vlny, ktoré môžu mať na konštrukciu vnútornej vrstvy horší efekt, ako samotný troskový kužel.
Na druhej strane, "nafukovacia" štruktúra má len malé problémy posunúť vonkajšiu vrstvu aj do značnej vzdialenosti od vlastného hermetického plášťa, a teda nie je problém do tohto priestoru vložiť ďalšie záchytné medzivrstvy, hoci i s plynovou náplňou.

Asi najlepším riešením pre nafukovaciu konštrukciu by bola niekoľkovrstvá štruktúra, ktorá by obsahovala:
- vonkajšiu tenkú "textilnú" vrstvu pre zachytenie spätných výtryskov, môže zároveň slúžiť ako ochrana hlbších štruktúr proti slnečnému žiareniu (hlavne UV)
- vákuová medzera 50mm
- "rozkladovú" vrstvu z materiálu s hustotou aspoň 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 byť aj niekoľko, 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 tvoriť aj opornú štruktúru pre vnútorný hermetický plášť.
- je vnútornej strane je potom vlastný hermetický plášť nafukovacieho modulu a jeho vnútorná ochranná vrstva.
Textilnou vrstvou myslím vrstvy materiálov podobných materiálom používaných pre balistické ochranné vesty.
[Upraveno 20.6.2012 Alchymista]
 
20.6.2012 - 15:22 - 
"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."
 
20.6.2012 - 15:24 - 
dopadový uhol 45° v postate znamená 1,4 násobný rozostup a hrúbku vrstiev.  
20.6.2012 - 16:20 - 
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).  
20.6.2012 - 16:26 - 
quote:
quote:
Jinak bych moc rad delal tyhle testy, to plynove delo musi byt poradny macek
Je. V závislosti na "ráži" a dosiahnuteľnej rýchlosti od pár ton po pár sto ton, dobre zabetónovaných.


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.
 
20.6.2012 - 21:55 - 
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
 
20.6.2012 - 22:01 - 
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
 
20.6.2012 - 22:15 - 
quote:
Bohužel zde nefunguje žádné formátování, takže tabulka ještě jednou, doufám, že to bude lepší:

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


takto by to slo?
 
20.6.2012 - 22:16 - 
Jo, super, díky!
Takhle to mělo vypadat.
 
21.6.2012 - 06:13 - 
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. 
21.6.2012 - 09:10 - 
quote:
quote:
quote:
Jinak bych moc rad delal tyhle testy, to plynove delo musi byt poradny macek
Je. V závislosti na "ráži" a dosiahnuteľnej rýchlosti od pár ton po pár sto ton, dobre zabetónovaných.
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.

Často sa pre dosiahnutie vysokej rýchlosti (bežne 7-9km/s) používa konštrukcia "Light gas gun" - delo na ľahký plyn.
Vyzerá a funguje to takto:
základom konštrukcie je zosilnená hladkostenná hlaveň väčšieho kalibru (asi tak lodného dela -> 200-360mm, i viac), zosilnená je nábojová komora a na konci hlavne je inštalovaný masívny úsťový nástavec. V úsťovom nástavci sa hlaveň kuželovo zužuje a pokračuje "malokalibrovou" hlavňou s kalibrom strely, ktorá má byť vystrelená.
Hlaveň veľkého kalibru sa nabije obvykle hliníkovým, oceľovým alobo viacdielnym piestom a "poriadnou" prachovou náplňou. Pred piest sa napustí vodík a do malokalibrovej hlavne sa vloží strela vo vodítku (vodítko je potrebné, aby sa dala použiť pokusná strela rôznych rozmerov a aby sa pri urýchľovaní nedotýkala hlavne - zjednodušuje použitie a zabraňuje "kontaminácii" experimentu). Medzi koncom kuželového úseku a malokalibrovou hlavňou je membrána, ktorá oddeluje časť naplnenú vodíkom od vlastnej malokalibrovej hlavne. Membrána sa pretrhne, keď tlak vodíku dosiahne aspoň niekoľko desiatok MPa.
Tým je systém pripravený k "výstrelu". Malokalibrová hlaveň ústi obvykle do expanznej komory (má zachytiť 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 veľkého kalibru urýchlený spalinami prachovej náplne na rýchlosť až 2000-2500m/s (to je viacmenej maximum, čo sa dá dosiahnuť s bežnými i menej bežnými strelivinami - strelnými prachmi). Pred sebou piest stláča vodíkovú náplň v hlavni veľkého 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 úsťovom nástavci s kuželovým prechodom - oba tieto diely sú v podstate použitelné len na jeden výstrel.

Keďže rýchlosť zvuku pri normálnom tlaku je vo vodíku cca 1270m/s oproti zhruba 330m/s v spalinách, vo vodíku sa objavujú aerodynamické rázové vlny oveľa neskôr ako v spalinách strelivín a vodík tak dokáže strelu urýchliť na výrazne vyššiu rýchlosť, až do 15-20km/s i vyššie. Keď sa v sa totiž spalinách v hlavni objavia rázové vlny, ďalšie urýchľovanie strely prestane byť možné - hlaveň 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 úsťového 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 upevniť. Zalomenie systému umožní, aby sa tento blok mohol primerane pohybovať do "bezpečného smeru" bez toho, že napácha nejaké škody na zvyšku aparatúry - je to jednoduchšie, ako ho skúšať nejak napevno uchytiť a riskovať, že pri nejakom pohybe zdemoluje časť 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 |
--------------/ |_______| |_________|
hlaveň1 prechod hlaveň2 exp. kom. pokus. kom.


[Upraveno 21.6.2012 Alchymista] [Upraveno 21.6.2012 Alchymista] [Upraveno 21.6.2012 Alchymista]
 
16.2.2018 - 10:34 - 
Tady je krátký článeček o odpadcích ve vesmíru s pěknými a názornými fotkami.

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

Nejlepší je asi tento:


Plastový váleček urychlený na 6795 m/s a jeho účinek na 102 mm tlustý hliníkový blok.
 
21.6.2019 - 00:33 - 
Kovová pěna jako štít budoucnosti?

http://www.osel.cz/10580-lehka-kovova-pena-zastavi-strelu-z-kulometu-stejne-dobre-jako-ocel.html
 
23.2.2021 - 00:24 - 
Trochu som dal info od vas dokopy, vyhladal presunute odkazy, plus doplnil par drobnosti a hodil to na wiki https://sk.wikipedia.org/wiki/Protimeteorick%C3%BD_%C5%A1t%C3%ADt

obzvlast sa mi pacila fotografia
http://www.esa.int/Safety_Security/Space_Debris/Hypervelocity_impacts_and_protecting_spacecraft

a video
https://dlmultimedia.esa.int/download/public/videos/2018/02/025/1802_025_AR_EN.mp4
 
23.2.2021 - 13:28 - 
Je to takmer klasika...
Hliniková gulička 1,2cm, 1,7g, 6,8km/s, hliniková doska 18cm hrubá,
Krater má priemer 9 cm, hlbku 5,3cm


Iný podobný - je to zrejme ten plastový valček 12x12mm vyššie
quote:
Plastový váleček urychlený na 6795 m/s a jeho účinek na 102 mm tlustý hliníkový blok.


 
24.2.2021 - 00:12 - 
quote:
... plastový valček 12x12mm vyššie...

je to az tazke uverit, co dokaze kusok plastu...
Na druhej strane rovnako dobre plast dokaze chranit. Iste ze hustota stitu je vyhodou, ale inak by Sojuzom nestacila ako ochrana obsivka s tepelnou izolaciou.

Sojuzy maju hodnotu PNP sice 0,9 / 15 rokov, oproti
ATV shodnotou 0,9981 / 180 dni t.j. 0,944 / 15 rokov

A hoci moze byt argumentom, ze Sojuzy su mensie, tak ATV je pri vypocte PNP simulovane s krytim modulom Zvezda a na exponovanych castiach konzervativne pouziva plneny Whippleov stit.

1/Multivrstvová izolácia 0.22mm
2/ nárazníkový defragmentačný plech 1.2mm
3/rozptyľ fragmentov 128mm
4/ Nextel AF62/Kevlar 0.131g/cm2
5/Záchyt fragmentov, plech 3mm

https://conference.sdo.esoc.esa.int/proceedings/sdc3/paper/71/SDC3-paper71.pdf

Z tohto pohladu obsivka Sojuzov vychadza neuveritelne dobre.

PS nejak sa mi brani zobrazenie obr. ale je to z https://sk.wikipedia.org/wiki/Protimeteorick%C3%BD_%C5%A1t%C3%ADt#Odolnos%C5%A5_kozmickej_lode
[upraveno 24.2.2021 00:33]
 
24.2.2021 - 02:18 - 
Vrstvy 3 a 4 by bolo možné nahradiť aj vyššie spomínanou kovovou penou alebo aj aerogelom - alebo aj netkaným materiálom "Spectra Shield" alebo "Dyneema"(ultra-high-molecular-weight polyethylene - UHMWPE). V prípade "jemného plochého vlákna" môže byť materiál tvorený vláknami s prierezom 1-5x30-100mikronov a pri hrúbke 10cm má hustotu len 0,025-0,1g/cm3 skoro ako aerogel - ale s neporovnateľne väčšou tuhosťou a odolnosťou.


quote:
2/ nárazníkový defragmentačný plech 1.2mm
Ten plech nie je DEfragmentačný, ale naopak fragmentačný - jeho úlohou je dopadajúci projektil rozbiť na malé úlomky.
[upraveno 24.2.2021 02:21]
 
24.2.2021 - 10:19 - 

vdaka, uz opravene.

na wiki je 100 ludi co ti pomoze s upravou, medzerami a odsekmi, ale malokto si povsimne tento detail...
 
24.2.2021 - 10:48 - 
Mimochodom, ten Whipple svoj štít patentoval kedy? Pred 1960, alebo po?


 
24.2.2021 - 11:44 - 
Whipple ako osoba asi nic. https://patents.google.com/?inventor=Fred+Whipple&before=priority:20200101&after=priority:19400101

Bigelov 2004 https://patents.google.com/patent/US7309049
bigelov v citacii patentov ma z r.1969 ML na nadrze https://patents.google.com/patent/US3540615A/en

nasiel som z 2011 plnenu konstrukciu https://patents.google.com/patent/US10000036B2/en?q=micrometeoroid+protection&oq=micrometeoroid+protection
ale citacie manezaujali

nieco s aerogelom z 2014 https://patents.google.com/patent/US20140287641A1/en?q=multilayer+micrometeoroid+protection&oq=multilayer+micrometeoroid+protection
ale citovane patenty nesli moc do historie...

nejaky druh ML z roku 1969 https://patents.google.com/patent/US3969563A/en?q=multilayer+meteoroid+protection&before=priority:19800101
 
 


Stránka byla vygenerována za 0.227907 vteřiny.