(Credit: Fraunhofer Institute for High-Speed Dynamics)

Co się stanie, gdy uderzy w ciebie coś pędzącego 15 000 mil na godzinę? Całkowita zagłada, mniej więcej.

To bardzo realny scenariusz, o którym inżynierowie statków kosmicznych muszą pamiętać za każdym razem, gdy umieszczają coś w przestrzeni kosmicznej. Kolizje z obiektami na orbicie są rzadkie, ale się zdarzają. W przeszłości odpryski farby pozostawiły kratery w wahadłowcu kosmicznym, a francuski satelita został unieruchomiony w 1996 roku po tym, jak jego wysięgnik gradientu grawitacyjnego został przecięty przez odłamek z eksplodującej rakiety.

Osłony w górę!

Aby chronić drogie statki kosmiczne, osłony są w porządku. I nie wystarczy do tego byle kawałek metalu. Obiekty w przestrzeni kosmicznej poruszają się szybko – statki na niskiej orbicie okołoziemskiej mkną z prędkością około 17 000 mil na godzinę – i nie jesteśmy w stanie wyprodukować pojedynczej osłony wystarczająco grubej, aby chronić przed taką prędkością. Inżynierowie postanowili więc zastosować coś, co nazywa się tarczą Whipple’a, nazwaną tak na cześć jej twórcy, Freda Whipple’a. Zamiast pojedynczej warstwy materiału, tarcza Whipple’a opiera się na kilku, z których każda jest oddzielona pustą przestrzenią.

Najwyższa warstwa jest zaprojektowana tak, aby rozpadała się przy uderzeniu, rozbijając pocisk w tym samym czasie. Powstała chmura rozkłada siłę uderzenia na większą powierzchnię, zmniejszając siłę w każdym punkcie i zwiększając szanse, że warstwa wewnętrzna wytrzyma. Wiele dzisiejszych statków kosmicznych, w tym Międzynarodowa Stacja Kosmiczna, wykorzystuje tarcze Whipple’a.

W tym filmie z Europejskiej Agencji Kosmicznej można zobaczyć tarczę Whipple’a w akcji. Pokazuje on 2,8 milimetrowy aluminiowy pocisk wystrzelony z pistoletu gazowego, który uderza w tarczę. Pocisk porusza się z prędkością około 15 000 mil na godzinę, ale nie udaje mu się przebić cienkiej wtórnej osłony. Powód jest oczywisty – przy zderzeniu z pierwszą warstwą pocisk zostaje całkowicie odparowany, co pozbawia go większości niszczycielskiej mocy. Osłona jest laminatem włóknisto-metalowym, czyli cienkimi warstwami metalu połączonymi kompozytem.

Unowocześnione wersje osłon Whipple’a wykorzystują wypełnienia z Kevlaru lub włókien ceramicznych Nextel pomiędzy warstwami, aby dodać jeszcze więcej mocy ochronnej. Dodatkową zaletą tych osłon jest to, że są one znacznie lżejsze niż konwencjonalny pancerz, choć dzięki nim statek kosmiczny jest nieco większy.

Jednym minusem jest oczywiście to, że osłony Whipple’a są produktem jednorazowego użytku. Gdy pierwsza warstwa zostanie naruszona, osłona nie będzie już działać. Ale ponieważ zderzenia na orbicie są wciąż tak rzadkie, szanse na dwukrotne trafienie w to samo miejsce są niezwykle małe. I na razie to wystarczy.