Povrch Měsíce je opravdu drsné prostředí – není tu žádná atmosféra, úroveň gravitace je jen slabá a vše komplikuje všudypřítomný prach (lunární regolit). Aby toho nebylo málo, je povrch Měsíce pravidelně bombardován mikrometeority, což jsou maličké úlomky kamenů či kovu. Své trpasličí rozměry a hmotnost však vyvažují velkou rychlostí, která může dosahovat až 35 000 km/h (nebo chcete-li 10 km/s). Tyto podmínky mohou představovat riziko pro astronauty, jejich obytné moduly i kosmické lodě. Experti z Glennova výzkumného střediska proto využili tamní balistickou laboratoř k výzkumu, který má pomoci vybrat nejvhodnější materiály pro budoucí mise programu Artemis. Vědci především chtěli předpovědět, jak se budou jednotlivé vzorky chovat při pobytu na povrchu Měsíce.
Inovativní laboratoř Ballistic Impact Lab je vybavena unikátním 12 metrů dlouhým vzduchovým kanónem, který dokáže udělit projektilu rychlost více než 3200 km/h (lehce přes 900 m/s). Není tedy divu, že se toto středisko stalo středobodem pro široké spektrum výzkumu. Testují se tu různé scénáře – od kolize ptáka s letadlem až po účinky mikrometeoritů na kosmické lodě. Nyní byli experti povoláni k testu, který měl ověřit vlastnosti různých textilií, které budou mít za úkol chránit člověka během misí programu Artemis, kdy se lidé vydají k Měsíci a výhledově ještě dál.
„Když máte natlakovaný objekt, tak únik atmosféry z něj může mít katastrofické následky, přičemž samozřejmě záleží na tom, jak je otvor velký a jak rychle dochází k úniku atmosféry,“ vysvětluje Mike Pereira, technický vedoucí Ballistic Impact Lab a dodává: „Provádění tohoto typu zkoušek balistických impaktů je pro NASA klíčové, aby byla zajištěna spolehlivost vybavení a použitých materiálů.“ Při první sérii zkoušek tým expertů vyhodnocoval chování materiálů, které NASA zvažuje pro obytné moduly, které mají mít podle návrhu relativně měkkou strukturu, která však bude při nárazu velmi pevná.
Zdroj: https://www.nasa.gov/
Při testech se neověřuje jen chování různých látek, ale i to, kolik vrstev je potřeba k zadržení projektilu, aby nepokračoval dále. K těmto zkouškám slouží zmíněný vzdušný kanón, který na testované vzorky vypouští projektily v podobě ocelových kuliček z kuličkových ložisek. Tým nejprve připojí toto dělo k vakuové komoře, ze které je následně odčerpán vzduch, který by jinak kladl projektilu odpor a zpomaloval jej. Při samotném výstřelu je pak v plném provozu soubor mnoha senzorů i rychloběžných kamer, které sledují, jak jednotlivé vzorky zvládají vysokorychlostní kolize.
Testovací výstřely dovedou každý vzorek až do fáze selhání, aby bylo možné lépe porozumět vrchním limitům odolnosti. Zároveň je také možné určit, jak dobře který vzorek dokáže odolat drsným podmínkám kosmického průzkumu. Netestují se tu však pouze materiály pro obytné moduly. Pří dalších zkouškách se testovaly například látky pro skafandry určené k výstupům do volného prostoru – ať už na povrchu Měsíce nebo na jeho oběžné dráze. Porozumění, jak materiály reagují na nárazy je důležité pro bezpečnost budoucích astronautů.
Zdroj: https://www.nasa.gov/
Kompozitní materiály vznikají kombinací různých látek – například vláknitých materiálů pro pevnost a pojivých pryskyřic. K vyhodnocení potenciálu těchto materiálů zase inženýři používají vertikální testovací zařízení, ve kterém je na potenciální materiál pro skafandr shozen simulovaný lunární kámen – v tomto případě jde o čedič. Inženýři na Johnsonově středisku analyzují data z balistických zkoušek a snaží se určit, které materiály jsou nejvhodnější pro různá zařízení lunárního průzkumu. Další výzvou, která čeká na experty z Glennova střediska, jsou testy materiálů, které by mohly zachytávat kosmické úlomky. Nové typy aerogelů, které jsou lehčí a pevnější, by mohly být klíčem k vývoji a později i praktickému nasazení zařízení, která by se snadno používala a navíc měla při startu sníženou hmotnost.
Přeloženo z:
https://www.nasa.gov/
Zdroje obrázků:
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/ballistics_0.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/mike_drop_tower.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/basalt_close-up.jpg
Rychlost dopadajících (mikro)meteoritů 10/km rozhodně není horní hranicí, ale spíš naopak. Jen zanedbatelný zlomek dopadajících objektů bude mít nižší rychlost. Velmi dobře je to vidět na tabulce meteorických rojů:
http://rocenka.observatory.cz/2020/meteory-tabulka_roju.html
Ve třetím sloupci je vidět, že rychlost může přesáhnout i 70km/s (250 000 km/h).
Kinetická energie takového objektu je pak 6000x vyšší, než na tomto simulátoru.
Takže k nalezení vhodných materiálů toto zařízení určitě poslouží, ale rozhodně ne k simulaci reálných podmínek.
Pardon, v tom odkazu jsem myslel ve třetím sloupci zprava.
Rychlost v odkazované tabulce je zřejmě míněná jako vstupní do atmosféry a ta je daná součtem (vektorovým) počáteční vzájemné rychlosti meteoritu vůči Zemi někde daleko na hranici gravitačního působení Země (500 tis.km?) a „volného pádu“ směrem k Zemi, tedy urychlování gravitací.
Měsíc má gravitační zrychlení na povrchu 1,65m/s2 a i hranice reálného dosahu jeho gravitace bude výrazně menší, pak může být 10km/s reálná hodnota.
Rychlost dopadu tělesa na měsíční povrch je dána vektorovým součtem rychlosti tělesa vůči Slunci (v případě trosek komet z Oortova oblaku prakticky třetí kosmická rychlost 42,1 km/s), rychlosti oběhu soustavy Země-Měsíc kolem Slunce (29,8 km/s), rychlosti oběhu Měsíce kolem Země (1 km/s) a únikové rychlosti z povrchu Měsíce (2,4 km/s) (a únikové rychlosti od Země z oběžné dráhy Měsíce plus rychlosti rotace Měsíce, které pro jednoduchost zanedbáme). V nejhorším případě, kdy těleso přiletí proti směru oběhu Země i Měsíce, se vše sečte. Tedy dostaneme 75,3 km/s. Kdyby naopak přiletělo ve směru oběhu Země i Měsíce, bude to „jen“ 13,7 km/s. Hodnoty kolem 10 km/s budou reálné pro tělesa pocházející z hlavního pásu asteroidů, ještě menší budou pro takzvané blízkozemní objekty. U asteroidů je navíc prakticky jisté, že nemohou přiletět proti směru oběhu Země, což je to, co vytváří největší rozdíl.
Děkuji za odpověď na můj laický příspěvek. Ty únikové rychlosti vlastně nahrazují „můj“ volný pád 🙂
Jaká je tedy pravděpodobnost, že na Měsíc (Zemi) dopadají meteority z „protisměru“? Není zanedbatelná?
U asteroidů v podstatě zanedbatelná je, ale komety a jejich zbytky mohou přiletět skoro z libovolného směru. V Oorthově oblaku mají tělesa proti Slunci jen minimální rychlost a jakýkoliv šťouchanec je může poslat buď směrem k němu nebo do mezihvězdného prostoru. Jestli se v případě pádu ke Slunci dostanou na prográdní, retrográdní nebo polární dráhu, je pak jen dílem náhody. Přesné pravděpodobnosti neznám, ale rozdíl by neměl být velký.
Příklad: Před nedávnem jsme měli možnost pozorovat Perseidy. Ty pocházejí z komety, která má sklon k ekliptice zhruba 100°, afelium mají za Jupiterem, perihelium zhruba na 0,9 AU. Jejich typická rychlost vůči Zemi v době, kdy rojem prochází, je přes 60 km/s. Ano, jsou to titěrné objekty, ale ta možnost, že od hranic naší soustavy připutuje v protisměru něco jiného, většího, ta tu je.
Díky oběma, tak snad s tím na Měsíci budou počítat …
Než člověka nahradí roboti tak sevbude nutné zavrtat pod povrch i když tunely ražené firmou Elona Muska Boring Company budou energeticky velice náročné ale i když se o dpravu na Měsíc i na Mars se postarají Starshipy a tak i jaderné zdroje schopné přepravy budou nutností.
To je ale zatím dost daleko. 😉