Pohled pod kůži: OSIRIS-REx (návratové pouzdro)

Dnešním dílem zakončujeme čtyřdílnou sérii věnovanou sondě OSIRIS-REx. V minulých dílech jsme rozebrali základní konstrukci této sondy, její vědecké přístroje i samotný odběrný mechanismus. Dnes si posvítíme na poslední důležitou část této kosmické sondy, pouzdro, které dopraví na zemi odebrané vzorky regolitu z asteroidu Bennu. A kdo zná náš seriál pohled pod kůži, ten už ví, že půjde o pokud možno co nejpodrobnější rozbor, jaký se z veřejně dostupných zdrojů dá získat. Pokud tedy chcete vědět, jaká je konstrukce tohoto pouzdra, jste na správném místě.

Právě odběr vzorků a jejich doprava na zemi je pro mnoho lidí i vědců tím hlavním úkolem sondy OSIRIS-REx. K tomu je samozřejmě potřeba, aby správně zafungovalo odběrné zařízení, které jsme rozebrali v minulém díle, ale musí fungovat i systém, který se postará o dopravu těchto vzorků na naši planetu. Právě o to se postará návratové pouzdro, označované také zkratkou SRC (Sample Return Capsule). Jejím úkolem je především ochránit cenné vzorky před pekelnými teplotami při vstupu do atmosféry a druhým úkolem je zajistit měkké přistání na padáku.

Návratové pouzdro sondy Stardust po přistání.

Návratové pouzdro sondy Stardust po přistání.
Zdroj: http://spaceflight101.com/

Návratové pouzdro sondy OSIRIS-REx konstrukčně vychází z pouzdra použitého pro misi sondy Stardust. Ta vyrazila v roce 1999 ke kometě Wild 2, aby u ní v roce 2003 odebrala vzorky kometárního prachu i dalších kosmických částic. Její návratové pouzdro se vrátilo k Zemi v lednu 2006, kdy vlétlo do atmosféry rychlostí 12,9 km/s. Tento údaj nezmiňujeme náhodou – jde o nejvyšší rychlost, jakou kdy lidmi vyrobený objekt vstoupil do zemské atmosféry.

Kvůli extrémně prudké sestupové dráze čelilo pouzdro přetížení až 30 G a za pouhé dvě minuty zpomalilo z rychlosti Mach 36 na podzvukovou rychlost. Není se co divit, že se tepelný štít rozpálil až na 2900°C.  Analýza kometárního prachu tehdy odhalila biologicky využitelný dusík, nebo aminokyselinu glycin. Rozbor a identifikace mezihvězdných částic zabrala mnohem více času, než se čekalo a oficiální oznámení o jejich nalezení přišlo až v roce 2014.

Sonda OSIRIS-REx v montážní hale - návratové pouzdro je objekt kruhovitého tvaru.

Sonda OSIRIS-REx v montážní hale – návratové pouzdro je objekt kruhovitého tvaru.
Zdroj: http://spaceflight101.com/

Ale zpátky k sondě OSIRIS-REX. Její návratové pouzdro bude tomu od Stardust velmi podobné, ostatně mechanická konstrukce bude bezezbytku identická. Drobnými změnami ale prošel řídící software a vnitřní systémy. Z konstrukčního hlediska se jedná o konstrukci ve tvaru tupého kuželu s průměrem 81 centimetrů a výškou 50 centimetrů. Celé návratové pouzdro je složeno z pěti základních dílů: Tepelný štít, zadní trup, pouzdro se vzorkem, padákový systém a avionika. Celková hmotnost tohoto pouzdra je zhruba 46 kilogramů.

Návratové pouzdro sondy OSIRIS-REx

Návratové pouzdro sondy OSIRIS-REx
Zdroj: http://spaceflight101.com/

Konstrukci odběrného zařízení i průběhu samotného odběru jsme se již věnovali v samostatném článku. Samotné pouzdro se dostane do akce ve chvíli, kdy odběrné zařízení TAGSAM uloží hlavu se vzorky do návratového pouzdra, poté, co svými snímky potvrdí kamera SamCam, že je v hlavě dostatek materiálu. V tuhle chvíli bude tepelný štít odklopený, aby umožnil robotickému ramenu uložit odběrnou hlavu na správné místo, kde bude zajištěna trojicí zámků. To, že je hlava na správném místě potvrdí nejen tlakové mikrosenzory, ale i kamera SamCam. Teprve poté se rameno oddělí od hlavy. Dalším krokem je přiklopení tepelného štítu, což zajistí hermetické uzavření uloženého nákladu, který zamíří k Zemi.

Konstrukce návratového pouzdra

Konstrukce návratového pouzdra
Zdroj: http://spaceflight101.com/
Překlad: Autor

Samotná konstrukce návratového pouzdra je tvořena materiálem na bázi epoxidové pryskyřice, která je pokrytá technologií PICA – jde o systém tepelné ochrany, přičemž zkratka vychází z názvu Phenolic-Impregnated Carbon Ablator. Tento název popisuje základní konstrukci – jde o ablativní tepelný štít, který odtavováním materiálu odnáší pryč přebytečné teplo, který je tvořený uhlíkovými vlákny nasycenými fenolem. Při průchodu atmosférou vzniká na tomto tepelném štítu hraniční vrstva oddělující vnější stěnu štítu od extrémně horké rázové vlny stlačených plynů před pouzdrem.

Rozložená konstrukce návratového pouzdra sondy OSIRIS-REx

Rozložená konstrukce návratového pouzdra sondy OSIRIS-REx
Zdroj: http://spaceflight101.com/

Samotný tepelný štít postupně odhořívá a přitom vznikají plynné produkty, které jsou odnášeny pryč od tepelného štítu, čímž udržují rázovou vlnu v dostatečné vzdálenosti. Snižuje se tak tepelný tok, kterému je tepelný štít vystaven. Celý proces tepelné ochrany je komplexní a obnáší mnoho různých jevů včetně spékání, tavení a sublimace, nebo pyrolýzy. Právě poslední jev vytváří největší množství plynných produktů, které jsou odnášeny pryč a vytváří tak požadovanou hranici konvekčního a katalytického tepelného toku.

PICA je lehký materiál navržený k dobrému odolávání vysokým teplotám a mechanickému namáhání. Tuto technologii objevili specialisté v kalifornském centru NASA Ames, přičemž dnes se používá již její třetí generace založená na postupném zlepšování celého systému. Za zmínku ještě stojí, že technologii PICA využívá s určitými úpravami i firma SpaceX pro tepelnou ochranu lodí Dragon a Dragon-2, přičemž SpaceX označuje tuto upravenou technologii jako PICA-X. Radiační tepelný tok je snížený díky uhlíkovým složkám, které se dostávají do hraniční vrstvy a které způsobují, že je opticky průhledná.

Zadní trup návratového pouzdra je také pokrytý materiálem tepelné ochrany, ale jelikož přijde do styku jen s menším množstvím horkých plynů, nepotřebuje tak silnou ochranu jako samotný tepelný štít. Jeho tepelná ochrana je tvořená materiálem SLA 561V na bázi korku, který byl vyvinut už pro mise Viking, které v sedmdesátých letech mířily k Marsu. Tato technologie se uplatnila i u dalších projektů včetně Mars Pathfinder, Genesis, nebo roverů Spirit a Opportunity. Součástí zadního trupu je i padákový mechanismus i s jeho kotvícími body, které spojují padák s vlastním návratovým pouzdrem.

Návratové pouzdro CRS při rotační zkoušce

Návratové pouzdro CRS při rotační zkoušce
Zdroj: http://spaceflight101.com/

Samotné pouzdro s vzorkem je umístěno v hliníkové nádobě s kompozitními doplňky mezi tepelným štítem a zadním trupem. Podle počítačových simulací by i při maximální tepelném namáhání neměla teplota uvnitř pouzdra se vzorky překročit teplotu 75°C. Důvod je jasný – při vyšších teplotách by mohlo docházet k pyrolýze, tedy termochemickému rozkladu odebraných vzorků, které mohou být i biologického rázu. Vždyť asteroid Bennu je uhlíkatý typ asteroidu, kde se dají organické látky očekávat.

Přistávací sekvence

Přistávací sekvence
Zdroj: http://spaceflight101.com/

Až do této chvíle jsme popisovali systém, který dokáže fungovat pasivně. Po největším tepelném namáhání ale přijde čas na aktivní systém – gravitační přepínač, který je klíčovým prvkem celé návratové sekvence. Tento senzor zahájí detonaci slože pyrotechnickým plynem, což zajistí rychlé vystřelení stabilizačního padáku ve výšce 31 kilometrů, když se bude pouzdro pohybovat rychlostí Mach 1,4.

Tento stabilizační padák následně vytáhne hlavní trojboký padák o průměru 8,2 metru z jeho skladovacího prostoru. Tím začne vertikální fáze sestupu, která bude trvat zhruba šest minut. Pouzdro disponuje spínačem na bázi setrvačnosti, který se postará o pyrotechnické odstřihnutí padáku, což zabrání tomu, aby vítr po přistání vláčel návratové pouzdro.

Plánovaný průběh přistání

Plánovaný průběh přistání
Zdroj: http://spaceflight101.com/

K přistání by mělo dojít v elipse o délce 80 a šířce 20 kilometrů v Utah Test and Training Range. V této lokalitě jsou nainstalovány radary, které se postarají o sledování finálního sestupu pouzdra a zajistí i poskytnutí souřadnic místa přistání. Pouzdro navíc disponuje i UHF vysílacím majákem, který je napájený záložní lithium-oxidosiřičitovou baterií. Ta poskytne dostatek energie pro vysílání po dobu 20 hodin, což je dostatečný časový rámec pro objevení pouzdra i při mimořádně nepříznivých povětrnostních podmínkách.

Tímto článkem končí náš miniseriál, který pojednával o jedné z nejzajímavějších misí, které odstartovaly v roce 2016. Náš seriál Pohled pod kůži ale samozřejmě nekončí. Velmi nás těší pozitivní ohlasy, které nám poskytujete jak v komentářích, tak i v hvězdičkovém hodnocení článků.Pokud nedojde k nějaké nečekané změně, rádi bychom Vás v dalším díle seznámili s konstrukcí sondy Juno, která momentálně krouží okolo Jupitera. Věřím, že se Vám i další díly tohoto seriálu budou líbit minimálně stejně, jako tomu bylo u dílů dosavadních,

Zdroje informací:
http://spaceflight101.com/

Zdroje obrázků:
http://spaceflight101.com/…/uploads/sites/103/2016/08/src_open_spinbalance.jpg
http://spaceflight101.com/…/sites/103/2016/08/er_capsule_ground.jpg
http://spaceflight101.com/…/sites/103/2016/08/27724140881_841cf3ff04_k.jpg
http://spaceflight101.com/osiris-rex/wp-content/uploads/sites/103/2016/08/osirisrex-12.jpg
http://spaceflight101.com/osiris-rex/wp-content/uploads/sites/103/2016/08/osirisrex-14.jpg
http://spaceflight101.com/osiris-rex/wp-content/uploads/sites/103/2016/08/osirisrex-13.jpg
http://spaceflight101.com/osiris-rex/wp-content/uploads/sites/103/2016/08/src_spin_vert.jpg
http://spaceflight101.com/osiris-rex/wp-content/uploads/sites/103/2016/08/osirisrex-29.jpg
http://spaceflight101.com/osiris-rex/wp-content/uploads/sites/103/2016/08/osirisrex-28.jpg

Pohled pod kůži: OSIRIS-REx (návratové pouzdro), 2.5 out of 5 based on 52 ratings
Pin It
(Visited 1 709 times, 1 visits today)
Kontaktujte autora článku - hlášení chyb a nepřesností, rady, či připomínky

Hlášení chyb a nepřesnostíClose

VN:F [1.9.22_1171]
Rating: 2.5/5 (52 votes cast)
(Visited 1 709 times, 1 visits today)
Níže můžete zanechat svůj komentář.

Více se o tomto tématu dočtete zde »
(odkaz vede na příslušné vlákno diskuzního fóra www.kosmonautix.cz)


16 komentářů ke článku “Pohled pod kůži: OSIRIS-REx (návratové pouzdro)”

  1. Štěpán Krňanský napsal:

    Dekuji za dalsi skvely clanek!!!!

    Panove klobouk dolu! Ne jen nad timto clankem, ale nad vsemi!

    A ja jsem opet o neco chytrejsi 🙂

  2. ROBO napsal:

    Ďakujem za ďalší super článok a už teraz sa neviem dočkať na Juno 🙂 Inak, videl som kdesi na nete, že je natočený dokument a stavbe Juna, avšak je to iba v anj jazyku, keby sa niekto postaral o titulky, bol by som veľmi vďačný a určite nie sám 😀

    No teraz pozerám že ich je viac, napr.:

    • Dušan Majer napsal:

      Do budoucna – řekněme v časovém horizontu roku uvažujeme o překladech anglických videí do češtiny, ale rozhodně neplánujeme dokumenty, spíše jen párminutová vysvětlující videa.

  3. Spytihněv napsal:

    Díky za kvalitní rozbor. Ono to vypadá relativně jednoduše, že sonda vykoná odběr, rameno odběrný nástavec umístí do návratového pouzdra, na Zemi proběhne vizuální kontrola a pak se rameno odpojí, složí a pouzdro uzavře. Ono by to třeba ve vzdálenosti Měsíce celkem snadné i bylo, pěkně v reálném čase, ale to zpoždění situaci výrazně komplikuje. Jak dlouho vlastně poletí signál od Bennu k Zemi v době odběru?

    • Dušan Majer napsal:

      Mám dojem, že něco kolem 20 minut, ale jistý si nejsem a nevím, kde přesně by se to dalo dohledat.

    • Vojta napsal:

      Těch vizuálních kontrol bude dokonce víc. Minimálně jedna před odebráním, jedna po odebrání vzorku (jestli toho bylo dost odebráno) a pak jestli se podařilo schránku se vzorkem správně uložit do návratového pouzdra. Ale neřekl bych, že to bude nějaké drama, spíš to bude zdlouhavé. Vyhodnocení se provádí v době, kdy se nemá co pokazit, takže je na to spousta času a není kam spěchat. Spíš bych čekal, že bude samotné vyhodnocení na Zemi trvat mnohonásobně déle, než je dopravní zpoždění zprávy.

      • Spytihněv napsal:

        Řekl bych, že minimálně během odběru to drama docela bude. Něco jiného je naprogramovat rover s pevným Marsem pod kolama nebo vypuštění pouzdra do atmosféry s jasně danou přistávací sekvencí, kde když nic nevlétne do cesty a technika nezklame, tak by to mělo klapnout. Tady máme opravdu citlivou operaci, kdy může dojít k nepředvídaným okolnostem s potřebou operativního zásahu ze Země. Který ale nepřijde a celé to bude muset řešit software sondy. Navíc jde o akci, která bude mít galaktickou premiéru. Ale ono to vyjde. Od toho je tam třeba kamera na detailní záběry místa odběru. Už aby to bylo. 3,5 roku ale uteče jako voda.

    • Petr Scheirich napsal:

      Odběr by měl nastat někdy v červenci 2020, v té době bude asteroid Bennu od Země vzdálený cca 1.8 AU a signál poletí cca 15 minut.
      Dušane, všechny možné souřadnice a vzdálenosti přirozených i umělých těles ve Sluneční soustavě si lze nechat vygenerovat zde:
      http://ssd.jpl.nasa.gov/horizons.cgi
      Vyžaduje to trochu si to ošahat, ale kdo se tím probere, pro toho je to mocný nástroj.

  4. ptpc napsal:

    No paráda! Ďakujem za článok a som veľmi rád že na Kosmonautixe je taký seriál ako „Pohľad pod kožu“.
    Sú v ňom podrobné a odborné informácie o tej ktorej sonde na jednom mieste a samozrejme pre neangličtinárov je to o to lepšie že sú v češtine.
    Teším sa na ďalšie pokračovania!

  5. holom napsal:

    Toto je opravdu skvělý seriál. Díky za něj.

  6. Racek napsal:

    No, přeji sondě aby její let byl nudný a bez mimořádných situací a napínavé by bylo jen čekání na výsledky… a vzhledem k složení asteroidu lze očekávat hooodně zajímavé výsledky. No a nedovedete si představit, s jakou radostí se nimrám tímhle článkem a vůbec články podobně zaměřenými. Tuhle komplexnost jsem fakt dlouho postrádal. Dík.

    • Dušan Majer napsal:

      Máme radost, že se Vám článek líbí a rádi se časem pustíme do nějakého dalšího dílu. A samozřejmě i my v redakci přejeme sondě úspěšný let.

Zanechte komentář