Vesmírné lodě v bezpečí: Nový štít inspirovaný vaječnými skořápkami zpomalí smetí o 65 %

S rostoucím počtem startů se oběžná dráha Země postupně mění v obrovské smetiště. Téměř milion úlomků kovu, barvy a rozbitých částí raket, větších než jeden centimetr, se řítí vesmírem extrémními rychlostmi.

S rostoucím počtem startů se oběžná dráha Země postupně mění v obrovské smetiště. Téměř milion úlomků kovu, barvy a rozbitých částí raket, větších než jeden centimetr, se řítí vesmírem extrémními rychlostmi. I drobný úlomek cestující desítkami tisíc kilometrů za hodinu může zasáhnout s explozivní silou granátu a ohrozit kritické satelity, drahé vesmírné teleskopy a obydlené stanice. Inženýři po desetiletí hledali lehčí a odolnější brnění, které by odolalo těmto „kosmickým kulkám“. Řešení by se nyní mohlo skrývat ve vaječných skořápkách.

Vědci z Dalian University of Technology v Číně vyvinuli bio-inspirovanou lehkou metastrukturu založenou na designu vaječných skořápek, která má chránit kosmické lodě před nárazy vesmírného smetí. Tým vytvořil lehkou strukturu 3D tiskem řad dutých hliníkových „skořápek“, které jsou umístěny mezi dvěma kovovými nárazovými deskami. Tento design účinně absorbuje silné rázové vlny, které by jinak rozbily konvenční pancíř.

Ačkoliv se to zdá nepravděpodobné, vzhledem k pověstné křehkosti vajec, příroda je navrhla jako geometrické mistrovské dílo. Uspořádání skořápek do pole vytváří překvapivě odolnou strukturu. Výzkumníci umístili hliníkové skořápky naplněné vodou tupou stranou dolů mezi dvě kovové desky. Tento design rozkládá sílu nárazu po celém systému, což způsobuje postupné zhroucení každé skořápky a tím pohlcování a rozptylování kinetické energie. Přidání vody dovnitř hliníkových vajec dále zvyšuje výkon pancíře. Během vysokorychlostní kolize se zachycená kapalina přelévá a tlumí výsledné rázové vlny dříve, než se mohou rozšířit.

Při testech a simulacích, které porovnávaly pevné hliníkové desky, hliníkové koule naplněné vodou a metastrukturu z vaječných skořápek, se ukázalo, že struktura s vodou naplněnými skořápkami překonala všechny ostatní designy. Zpomalila nárazové projektily o téměř 65 procent, zatímco pevné hliníkové desky jen o 51 procent. Nejlepších výsledků bylo dosaženo, když byly skořápky umístěny vzpřímeně s úzkými špičkami směřujícími k horní desce. Tento materiál zatím není připraven k okamžitému použití, ale tým aktivně zdokonaluje tloušťku, uspořádání a poměry stran kovových skořápek, aby maximalizoval ochranu a minimalizoval hmotnost, což je pro raketové náklady zásadní faktor.

Tato inovace by mohla pomoci zabránit Kesslerovu syndromu, nebezpečné řetězové reakci, kdy kolize mezi vesmírnými objekty vytvářejí tisíce vysokorychlostních úlomků. Tyto nové úlomky pak zasahují další satelity a rakety, generují ještě více smetí rychleji, než ho dokáže odstranit atmosférický odpor. Pokud bude tento bio-inspirovaný přístup přijat, mohl by se stát neviditelným štítem, který udrží největší kosmické snahy lidstva v bezpečí před smrtícím halo smetí obíhajícím naši planetu. Zjištění byla publikována v časopise Journal of Applied Physics 8. září.