Z Evropy ke Slunci: Tepelná ochrana

Evropská sonda Solar Orbiter, která má za úkol studovat naši životodárnou hvězdu a provádět kolem ní blízké průlety přešla do testovací fáze. Předchůdce letového hardwaru (Proto Flight Model – PFM) opustil v září halu hlavního výrobce, tedy společnosti Airbus Defence and Space v britském městě Stevenage a nyní již probíhá živá aktivita v německém Ottobrunnu, kde má své sídlo firma IABG. Od příjezdu do Německa se podařilo uskutečnit celou řadu významných kroků, ale nade všemi ční instalace vrstev tepelné ochrany, které jsou nezbytné před prvními environmentálními zkouškami – tepelně-vakuovými testy. Právě ty ověří, jak si sonda poradí se složitými podmínkami blízko našeho Slunce.

Solar Orbiter během pobytu ve Velké Británii.

Solar Orbiter během pobytu ve Velké Británii.
Zdroj: http://sci.esa.int

Proto Flight Model (PFM) je v podstatě stejný jako stroj, který se označuje jako letový model (Flight Model – FM). Stejně jako v případě jiných misí má PFM za úkol podstoupit náročnější a i trochu drsnější testování, než jaké podstoupí FM, aby bylo možné dokončit kvalifikaci a ověření designu. Jednou z prvních činností po příjezdu PFM do areálu firmy IABG byla instalace deseti panelů radiátorů pro přístroje na jedné z bočních stěn sondy, konkrétně na té, která ponese přístrojový panel. Integrace trvala dva týdny a její součástí byla celá řada komplexních úkolů, které však bez problémů zvládli specialisté z firem RUAG Space a Airbus-Stevenage.

Tepelný štít sondy Solar Orbiter.

Tepelný štít sondy Solar Orbiter.
Zdroj: http://sci.esa.int

Ještě před odjezdem ze Spojeného království byla vícevrstvou izolací MLI (multi-layer insulation) pokryta jen malá část povrchu sondy. Tato izolace je nezbytná k ochraně Solar Orbiteru před extrémními teplotami, které zažije v blízkosti Slunce. Během října a listopadu došlo k instalaci zbylých ochranných vrstev, které pokryly celý exteriér sondy. Zhruba 350 kousků se použilo na přístrojových radiátorech a na zbytku sondy pak bylo těchto kousků zhruba 200.

Mezitím se tepelný štít a čtyři komunikační antény (vysokozisková anténa s průměrem 108 centimetrů – hlavním komunikačním prostředkem na větší vzdálenosti, střednězisková a dvě nízkoziskové antény) byly v druhé polovině října nainstalovány na PFM. Tepelný štít má za úkol chránit celou sondu před spalujícím slunečním žárem – hlavně když bude sonda v nejnižším bodě své dráhy. V přísluní totiž bude sonda vystavena zhruba 13× větší intenzitě slunečního záření, než jaké zažívají družice u Země.

PFM sondy Solar Orbiter s připojeným tepelným štítem.

PFM sondy Solar Orbiter s připojeným tepelným štítem.
Zdroj: http://sci.esa.int

Tepelný štít tvoří série fyzických překážek oddělená dvojicí mezer, které umožňují laterální odvod infračerveného záření do chladného vesmírného vakua. Štít je připojen ke stěně sondy, která bude mířit ke Slunci a s tělem sondy jej spojuje deset titanových plechů silných 1,5 milimetru. Právě ty zajišťují i oddělení tepelného štítu od zbytku sondy.

Na spodní straně tepelného štítu najdeme podpůrný panel s rozměry 2,94 × 2,56 metru, který je silný zhruba 5 centimetrů. Je vyroben z lehkého hliníku, který je navíc opracován do tvaru včelích pláství za účelem snížení hmotnosti. Jeho povrch je ještě pokrytý dvěma vrstvami uhlíkových vláken s vysokou tepelnou vodivostí. Tento podpůrný panel je pokryt 30 vrstvami nízkoteplotní MLI, která zvládne odolávat teplotám až 300 °C. Úkolem této izolace je udržet teplotu podpůrného panelu pod 150 °C. Deset podpěr ve tvaru hvězdy  slouží k připojení podpůrného panelu k vnější vrstvě vysokoteplotní MLI, která má odolávat teplotám až 500 °C. Tento špičkový pokročilý materiál je vytvořen z 20 velmi tenkých vrstev titanu.

PFM sondy Solar Orbiter ve vakuové komoře pro teplotní zkoušky.

PFM sondy Solar Orbiter ve vakuové komoře pro teplotní zkoušky.
Zdroj: http://sci.esa.int/

První fáze environmentálních zkoušek začala ve speciální vakuové komoře na začátku prosince. Po odčerpání vzduchu zde došlo k zapnutí výkonných lamp, které simulovaly sluneční záření. Tyto zkoušky, které podstupuje PFM, jsou velmi podobné těm, které v roce 2016 absolvoval strukturální model pro teplotní zkoušky (STM –  Structural Thermal Model). Hlavní rozdíl však spočívá v tom, že STM používal makety sondy a tepelného štítu, zatímco nyní se již testuje hardware s parametry reálné letové techniky.

Snímek PFM sondy Solar Orbiter před uzavřením dveří vakuové komory.

Snímek PFM sondy Solar Orbiter před uzavřením dveří vakuové komory.
Zdroj: http://sci.esa.int

Úvodní fáze prvních environmentálních zkoušek simuluje podmínky, které sonda zažije při sérii orbitálních manévrů na cestě k finální dráze, tedy například při průletech kolem Země a Venuše. „Po 99 % času bude Solar Orbiter chránit její tepelný štít, ale čeká nás více než tucet manévrů, kdy bude ke slunci otočena některá ze stěn sondy,“ popisuje Claudio Damasio inženýr ESA zodpovědný za tepelnou ochranu a dodává: „Proto musíme vědět, jak Proto Flight Model reaguje, když povrch jeho izolace na těchto panelech dosáhne teplot 120 – 150 °C. V dalších fázích zkoušek PFM otočíme, aby byl lampám vystaven tepelný štít a následně provedeme zkoušku teplé i chladné teplotní rovnováhy, abychom ověřili, zda konstrukce reaguje podle očekávání. Následující horké i chladné funkční zkoušky proběhnou na všech přístrojích a jednotkách provozovaných v různých letových režimech.

Tým specialistů by rád tyto zkoušky zakončil ještě před koncem letošního roku. Nejrůznější prvky, jako jsou třeba solární panely a rameno s přístroji, zatím nejsou na PFM nainstalovány. K jejich připojení má dojít až po dokončení vakuových teplotních zkoušek. Kompletně sestavená sonda pak vyrazí na další kolo testů – ty se zaměří na mechanické zkoušky a na ověřování elektromagnetické kompatibility. Jejich začátek je naplánován na první týdny roku 2019.

Vakuová komora s PFM sondy Solar Orbiter.

Vakuová komora s PFM sondy Solar Orbiter.
Zdroj: http://sci.esa.int/

Zdroje informací:
http://sci.esa.int/

Zdroje obrázků:
http://sci.esa.int/science-e-media/…IABG_after_MLI_and_SORA_installed_20181107.jpg
http://sci.esa.int/science-e-media/img/3d/SolarOrbiter_at_Airbus_without_MLI_20180724.jpg
http://sci.esa.int/science-e-media/…with_MLI_and_heat_shield_20181122_1.jpg
http://sci.esa.int/science-e-media/…MLI_and_heat_shield_20181122_2.jpg
http://sci.esa.int/science-e-media/img/3f/SolarOrbiter_PFM_thermal_test_IABG_1.jpg
http://sci.esa.int/science-e-media/img/40/SolarOrbiter_PFM_thermal_test_IABG_2.jpg
http://sci.esa.int/science-e-media/img/41/SolarOrbiter_PFM_thermal_test_IABG_3.jpg

Z Evropy ke Slunci: Tepelná ochrana, 5.0 out of 5 based on 11 ratings
Pin It
(Visited 1 490 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: 5.0/5 (11 votes cast)
(Visited 1 490 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)


4 komentáře ke článku “Z Evropy ke Slunci: Tepelná ochrana”

  1. gomes napsal:

    “Je vyroben z lehkého hliníku, který je navíc opracován do tvaru včelích pláství za účelem snížení hmotnosti. Jeho povrch je ještě pokrytý dvěma vrstvami uhlíkových vláken s vysokou tepelnou vodivostí. ”

    Tento popis strukturálního panelu za tepelným štítem není přesný.
    Ve skutečnosti se jedná o “běžný” sendvičový panel s vrstvami (facesheets) z uhlíkového kompozitu a hliníkovým jádrem (honeycomb).

    Krásný popis je zde.
    https://aerospaceengineeringblog.com/sandwich-panel/

    Mnou zmíněná věta ve mně evokuje dojem, že panel je převážně hliníkový a byl vylehčen z bloku hliníku na šestihrannou strukturu. Hliníkový honeycomb je vyroben z tenkých pásků, svařených k sobě. Každá jedna folie se pak “vytahuje” na požadovaný tvar.

    Naopak je obvyklé, že kompozitové vrstvy mají vyšší hmotnost než hliníkové jádro. Proto by mělo být napsáno, že je to kompozitový panel s hliníkovou výztuhou (jádrem); dle pravidla, kterého materiálu je více.

    Pěkný článek, děkuji

Napište komentář k Dušan Majer