Wir alle haben Bilder von Mikrometeorit- und Trümmerschäden gesehen, und wir alle haben die Weisheit gehört, dass bei Orbitalgeschwindigkeiten ein Farbsplitter tödlicher ist als eine Gewehrkugel. Wir wissen auch, dass es eine schlechte Sache ist, Löcher in Ihren Mannschaftsraum zu stanzen. Also, wie verteidigt man sich dagegen?
Ich bin mit Whipple-Schilden vertraut, habe aber ein paar Fragen dazu.
Es gibt auch ein Problem, das ich nicht angesprochen gesehen habe: Heizkörper und Solarzellen
Letzte Bonusfrage: Wie wirkt sich das Obige auf das Gesamtdesign eines wiederverwendbaren interplanetaren Raumfahrzeugs aus?
Zunächst eine Einschränkung: Ein Großteil des detaillierten Domänenwissens in diesem Bereich fällt unter Exportkontrollgesetze, sodass öffentlich zugängliche Zitate nicht verfügbar sind, um jede gemachte Aussage zu untermauern. Dies ist zufällig mein spezieller Arbeitsbereich, also werde ich so viel teilen, wie ich mich wohl fühle.
Die Wahrheit ist komplizierter.
Es hängt sehr stark von der Konfiguration des Schildes ab. Die Durchschlagskraft eines ankommenden Projektils ändert sich nicht monoton mit seiner Geschwindigkeit. Wenn Sie für die meisten Schildkonfigurationen von Raumfahrzeugen irgendwie ein Diagramm der "Letalität" gegenüber der Geschwindigkeit für eine bestimmte Partikelgröße erstellen würden, würden aufgrund von Änderungen in der physikalischen Wechselwirkung zwischen dem Projektil und einer bestimmten Partikelgröße sehr ausgeprägte Spitzen bei einer Reihe unterschiedlicher Geschwindigkeiten auftreten das Schild. Für einen Whipple-Schild ist ein einfacher Farbabschlag bei jeder Geschwindigkeit weitaus weniger tödlich als eine Gewehrrunde.
Erschwerend kommt hinzu, dass das Aufprallverhalten bei interplanetaren Geschwindigkeiten nicht gut charakterisiert ist. Die besten Hypervelocity Impact Test Labs der Welt können immer noch keine Projektile mit Geschwindigkeiten abfeuern, die auch nur annähernd den erwarteten Begegnungsgeschwindigkeiten für ein Raumschiff im interplanetaren Raum entsprechen. Bei diesen Geschwindigkeitsregimen bleiben nur Extrapolationen und technisches Urteilsvermögen übrig.
Das Risiko besteht, aber es wird allgemein einfach hingenommen.
Das Abschirmungsdesign von Raumfahrzeugen neigt dazu, das Risiko für weite Bereiche des Raumfahrzeugs zu betrachten. Einschläge in Whipple-Schilde folgen dem, was ich den "Wile E. Coyote"-Effekt nenne: Sie neigen dazu, ordentliche Löcher in dem Schild zu hinterlassen, die ähnlich groß sind wie das ankommende Partikel. Das Aufprallrisiko skaliert mehr oder weniger linear mit dem gefährdeten Bereich. Wenn das Risiko eines tödlichen Schlags auf ein großes Fahrzeug, sagen wir, 1 zu 10 beträgt, wird das Risiko eines tödlichen Schlags, der auf dem „Einfädeln der Nadel“ durch ein vorhandenes Loch beruht, um Größenordnungen geringer sein – wahrscheinlich Zehntausende von Zeiten weniger wahrscheinlich.
Wenn es eine Designanforderung ist, dann kann es getan werden.
Für ein interplanetares Raumschiff kommt die zusätzliche Komplikation hinzu, dass Ersatzteile oder Fertigungskapazitäten an Bord sein müssen, da eine Nachlieferung nicht in Frage kommt und es einen Weg erfordern würde, es zu installieren, entweder durch Aktivitäten außerhalb des Fahrzeugs oder durch Robotik.
All diese Fragen fallen unter „es kommt darauf an“.
Wenn der Schutz vor einem Meteoriten- oder Trümmerschlag eine Entwurfspriorität ist, kann er als solcher ausgelegt werden. Es stehen mehrere Designmöglichkeiten zur Verfügung, aber die Auswahl hängt davon ab, wie das Risiko eines Schlags gegen andere Faktoren wie Wärmeübertragungsfähigkeit, Masse, strukturelle Festigkeit usw. abgewogen wird.
Damit habe ich direkte Testerfahrung: Im Allgemeinen sind einzelne Schläge auf Solarzellen auf Systemebene im Wesentlichen nicht erkennbar. Stattdessen tragen sie (unter vielen) zu einem langsamen – aber stetigen – Verlust der Stromerzeugungsfähigkeit im Laufe der Zeit bei.
Wo die Stromerzeugung eine Anfälligkeit für Streiks darstellt, liegt sie überwiegend an „Schwachstellen“ im Design: Busleitungen, Stromversorgungshardware usw. All dies kann geschützt werden, um das Risiko auf einem akzeptablen Niveau zu halten. Das Ausmaß des Risikos und die Folgen eines Angriffs auf eine bestimmte Hardware hängt von der Architektur und dem spezifischen Detaildesign dieses bestimmten Systems ab.
Auch für die Reparierbarkeit gelten die gleichen Aussagen von vorhin: Wenn es dafür ausgelegt ist, dann ja.
Kim Halter
Antzi