Návrat do atmosféry

19. prosinec 2008 | 06.00 |

Start a přistání kosmických raket bývají nejkritičtějšími okamžiky celého kosmického letu. Zajistit bezpečný návrat kosmonautů či nákladu z kosmu na Zem je nesnadné, avšak nezbytné. Dodnes je to nebezpečnou situací.

Při sestupu kosmické lodi do atmosféry se nejdříve pomocí trysek upraví dráha letu a loď klesne do horních vrstev atmosféry. Vlivem aerodynamického odporu se snižuje rychlost lodi a její pohybová (kinetická) energie se postupně mění v teplo. Proto musí mít přistávající těleso systém tepelné ochrany - tepelný štít.

Přetížení a tepelné zatížení při zpomalování lze snížit vhodným tvarem tělesa (kapkovitý tvar návratových modulů) a aktivním řízením, aby teploty nepřerostly únosnou mez. Rychlost se sníží na několik set metrů za sekundu. Raketoplán pak pokračuje klouzavým letem až po přistání na letišti, návratové moduly padají dál na padáku. Těsně před dotykem se zemí se někdy zapalují motory měkkého přistání, které utlumí poslední náraz (lodi Sojuz), nebo přistání končilo na mořské hladině (u lodí Apollo).

Návratové těleso naráží na hustší vrstvy vzduchu, stlačuje plyn, což vede k jeho silnému ohřívání a následně se ohřívá i plášť lodi. Teplota plynu dosahuje až několika tisíc stupňů Celsia, teploty povrchu lodi až 1700 °C. Kabina kosmické lodi při návratu připomíná rozžhavený meteor, proto musí mít tepelný štít, aby nedošlo ke zvýšení teploty uvnitř kabiny.

Tepelné štíty jsou trojího druhu, podle toho, jak se vypořádávají s přítokem tepla. První typ je radiativní (vyměnitelné keramické destičky amerického raketoplánu) – vyzařuje většinu tepla rychle do okolí. Druhý typ je založen na velké tepelné kapacitě materiálu, který potřebuje velké množství tepla k ohřevu. Zpravidla je masivní a příliš se nepoužívá. Třetí typ tepelného štítu se jmenuje ablativní a jeho princip spočívá v tom, že se kousky materiálu postupně odpařují, odlétají pryč a hromadící se teplo tak "berou s sebou" (štít jednorázové návratové kapsle u lodí Sojuz). Mezi tepelným štítem a vnitřní kabinou musí být ještě bytelná izolační vrstva.

Na různých místech tepelného štítu lze zaznamenat různé teploty - od několika set stupňů na místech odvrácených od směru letu či po stranách až po maximální teploty 1500°C a více na straně, která jako první rozráží rozžhavený vzduch.

Pro charakter kosmického letu i návratu lodi je klíčové, jestli loď dosáhne oběžné dráhy (orbity), nebo ne. Tím se rozumí, že loď je schopna obíhat Zemi bez další spotřeby paliva jako její umělá družice. Z principů mechaniky plyne, že taková družice musí mít rychlost nejméně 8 km/sekundu (tzv. 1. kosmická rychlost) a její dráha musí ležet ve výšce nad 100 km nad povrchem Země, aby ji nebrzdila atmosféra (pomyslné rozhraní atmosféry a kosmu).

Naproti tomu pro výškové suborbitální lety (soukromý raketový letoun SpaceShipOne) jsou typické výšky do 100 km a maximální rychlosti "jen" 1-2,5 km/sekundu. Z toho plyne, proč je návrat z oběžné dráhy tak obtížný - kosmické lodi je potřeba odebrat třením o vzduch asi 10-70x více energie než suborbitálnímu stroji.

Za spolupráce německých a ruských konstruktérů se v rámci Evropské kosmické agentury (ESA) připravuje koncepčně převratný návratový modul IRDT (nafukovací návratová a sestupová technologie). Jde o polootevřený komolý kužel, který se teprve před sestupem rozloží a nafoukne. Má sloužit hlavně k automatické dopravě několikatunových nákladů z oběžné dráhy na Zemi, ale dá se uvažovat i o návratu jednotlivých osob.

První letové testy se konaly v letech 2000-2005, avšak byly úspěšné jen částečně. Špička nafukovacího modulu obsahuje ablativní tepelný štít. Modul se skládá ze dvou propojených nafukovacích kuželů: když rychlost klesne pod rychlost zvuku, první kužel se odpojí a začne "pracovat" druhý. K přistání není nezbytný padák, v konečné fázi zpomalí dopad brzdicí trysky. IRDT může také sloužit i k přistání na Marsu.

Zpět na hlavní stranu blogu

Hodnocení

1 · 2 · 3 · 4 · 5
známka: 0.00 (0x)
známkování jako ve škole: 1 = nejlepší, 5 = nejhorší

Komentáře