NASA a elektrické výboje: Simulácia návratu do atmosféry

V NASA Ames sa nachádza unikátne zariadenie, ktoré dokáže vytvárať explózie vzduchu pomocou elektrickej energie. Ide o Electric Arc Shock Tunnel (EAST), ktorý slúži na simuláciu podmienok pri návrate kozmických lodí do atmosféry Zeme a iných planét. V tomto článku sa pozrieme na to, ako funguje táto fascinujúca technológia a prečo je taká dôležitá pre budúce vesmírne misie.

Ako EAST funguje?

Zariadenie EAST využíva princíp šokovej trubice. V podstate ide o systém, v ktorom sa vysokotlakový plyn rýchlo vpustí do oblasti s nízkym tlakom, čím vzniká silná šoková vlna. Túto šokovú vlnu poháňa elektrická energia – presnejšie, obrovský kondenzátorový bank, ktorý dokáže uložiť až 1,25 megajoulov energie!

Kondenzátorový bank je zložený z desiatok riadkov kondenzátorov a bol pôvodne postavený ešte v 60. rokoch minulého storočia. Pôvodne mal kapacitu 1 megajoule, neskôr ju rozšírili o ďalší riadok. Elektrická energia sa potom využíva na vytvorenie „blesku“, ktorý iniciuje šokovú vlnu.

Prečo je to dôležité?

Šokové vlny vytvárané zariadením EAST simulujú podmienky, ktorým čelia kozmické lode pri návrate do atmosféry planét ako Zem alebo Titan (mesiac Saturna). Vedci tak môžu študovať, ako šoková vlna interaguje s testovacími objektami a aké teploty vznikajú. Dôležité je minimalizovať povrchové zahrievanie týchto telies, preto sa často používajú tupé tvary.

Táto technológia je kľúčová pre optimalizáciu návrhu tepelných štítov, ktoré chránia kozmické lode pred extrémnymi teplotami vznikajúcimi počas vstupu do atmosféry. Dáta získané z EAST pomáhajú vedcom presnejšie vypočítať radiatívne zahrievanie a znížiť neistoty v týchto výpočtoch pre rôzne atmosféry – či už je to Zem alebo Mars.

Kľúčové poznatky

• EAST: Unikátne zariadenie NASA na simuláciu návratu kozmických lodí do atmosféry.
• Kondenzátorový bank: Ukladá až 1,25 megajoulov energie a poháňa šokovú vlnu.
• Šoková trubica: Vytvára silné šokové vlny pomocou rýchleho vpustenia vysokotlakového plynu do oblasti s nízkym tlakom.
• Tepelné štíty: Dôležité pre ochranu kozmických lodí pred extrémnymi teplotami počas vstupu do atmosféry.
• Titan: Zariadenie EAST sa aktuálne využíva na výskum atmosféry Titana v súvislosti s misiou Dragonfly.

Výskum atmosféry Titana a budúce misie

EAST je momentálne kľúčový pre podporu misie Dragonfly, ktorá má skúmať Titan. Vedci potrebujú pochopiť, ako sa správa atmosféra Titana (zložená z dusíka a metánu) počas návratu kozmických sond. Existuje obava, že by sa mohla vytvoriť oranžová usadenina podobná smogu na Zemi, čo by mohlo ovplyvniť misie ako SpaceX Starship.

Konštrukčné zvláštnosti a technológia

Zariadenie EAST má niekoľko zaujímavých konštrukčných prvkov. Pôvodne bol šokový kanál plochý a neskôr ho zrolovali do kruhu. Zváranie prebiehalo zvnútra von, čo si vyžadovalo precíznu prácu. Zariadenie obsahuje aj pole rezistorov na bezpečné rozptýlenie energie a kónický driver s tenkou volfrámovou niťou na iniciáciu iskry. Existujú dva kanály – väčší pre nižšie tlaky/hustoty a menší, rýchlejší, schopný vytvárať šoky pri 48 km/s.

Pozorovanie spektra a senzory

Po každom teste vedci pozorujú spektrum vyžarovaného svetla zo šokovej vlny. To im umožňuje zistiť, ako sa plyn zahrieva a aké emisie svetla vznikajú pri superorbitálnych rýchlostiach. Senzory sledujú hrúbku a rýchlosť šokovej vlny, aby presne načasovali začiatok zbierania dát.

Záverečné úvahy

Zariadenie EAST je fascinujúcim príkladom toho, ako veda využíva pokročilé technológie na simuláciu extrémnych podmienok a testovanie nových koncepcií pre vesmírne misie. Výskum realizovaný s pomocou EAST prispeje k bezpečnejšiemu a úspešnejšiemu prieskumu vesmíru, vrátane vzdialených planét ako Titan.

Zdroje:

• NASA Ames Research Center – Electric Arc Shock Tunnel (EAST)

Približne 131 gCO₂ bolo uvoľnených do atmosféry a na chladenie sa spotrebovalo 0.66 l vody za účelom vygenerovania tohoto článku.