Izolace raketoplánu zachraňuje životy

Z čeho se skládá materiál dvaceti čtyř tisíc dlaždic, který rozhoduje o tom, zda se kosmonauti raketoplánu dostanou v pořádku na zem? I těm nejmenším kouskům izolačních dlaždic se dostává pozornosti odborníků v NASA a pro média jsou důležitější než nedávné teroristické útoky.Podívejme se tedy na to, co vydrží a z čeho se skládají.

1400 °C je maximum

Credit: NASA

Jestli jste raketoplán viděli alespoň jednou, všimli jste si, že je černobílý. Barevný vzor mu uděluje pokrytí izolačními dlaždicemi. Bílé dlaždice chrání místa méně tepelně namáhaná odolá teplotám maximálně 400 °C. Černé dlaždice pokrývají nejvíce tepelně namáhané části raketoplánu a jsou vystaveny teplotám 650 až 1275 °C. Nejvyšší teplota, kterou snesou, je 1400 °C. Mezi jednotlivými dlaždicemi jsou různě velké mezery a to proto, aby se mohly voně zvětšovat (tepelná dilatace) v závislosti na tom, jak jsou zahřáté.

A proč jsou jedny černé a jedny bílé? Jednak proto, aby byl raketoplán dobře rozpoznatelný, ale zejména proto, že více zahřívané izolační dlaždice ztrácejí nezanedbatelnou část tepla vzniklého během sestupu vyzařováním (červeně svítí) a právě černé materiály vyzařují lépe než světlé.

Z čeho se skládají

Izolační dlaždice bez
povrchových vrstev
Credit: NASA

Základním materiálem tepelného štítu raketoplánu je křemík. Zejména ve formě oxidu křemičitého – má tedy podobné složení jako běžné sklo. Destička samozřejmě není jednolitý skleněný blok. Je vyplněna tenkými skelnými vlákny tak, 95 % objemu dlaždice tvoří vzduch. Zejména struktura vláken rozhoduje o vlastnostech výsledné destičky a její tepelné vodivosti. Hustota průměrné černé destičky je 0,18 g/cm³, čili 18 % hustoty vody.

Křemenné jádro je chráněno dalšími vrstvami proti poškození. Podrobné informace se mi nepodařilo nalézt, ale je jisté, že se jedné o obdoby materiálů používaných k obrábění. Ty jako jediné snesou trvale teploty přesahující 1000 °C a přitom si zachovají své výborné mechanické vlastnosti. Dále jim nečiní problémy velká rozpětí teplot, kterým je raketoplán vystaven, když je přivrácen, nebo naopak odvrácen od slunce. Jejich vysoká tvrdost také chrání raketoplán před poškozením od mikrometeoritů na oběžné dráze. Mohou to být karbidy křemíku, titanu, wolframu, ale spíše keramika na bázi oxidu hlinitého, možná nějaké nitridy, ale nejpravděpodobněji kombinace výše uvedených materiálu v několika vrstvách.

Vysoká cena izolace

Jedna izolační dlaždice stojí až 2 tisíce dolarů. Není proto divu, že se méně tepelně namáhané části raketoplánu raději pokrývají pružnou izolací založenou na uhlíkových vláknech. V současnosti je to 30 % povrchu raketoplánu. Stačí si uvědomit, že při průměrné ceně tisíc dolarů na dlaždici, stojí izolace raketoplánu 24 miliónů dolarů. A to je velmi dobrý důvod pro to, abychom se chtěli vyvarovat jejich zbytečného poškození při startu.

Kus izolační destičky o velikosti asi jednoho centimetru jste si mohli objednat za lidovou cenu 16 dolarů. Bohužel nejsou momentálně k dispozici.