Da blir det virkelig varmt...

Beagle 2 på vei ned gjennom Mars-atmosfæren
31 januar 2003

På skyggesiden i rommet er det svært kaldt, mens solbelyste sider er varme. Ekstreme forhold oppstår når for eksempel et bemannet romfartøy møter jordatmosfæren ved avslutningen av en ferd eller når en landingsseksjon med instrumenter trenger inn i atmosfæren på et annet himmellegeme. Da blir det virkelig varmt...

Den spesielle temperaturøkningen skyldes i stor grad en kompresjonseffekt, men la oss for enkelhets skyld beskrive årsaken som friksjon mellom romfartøyet/landingsseksjonen og atmosfæren. Temperaturen kan komme opp i godt over tusen grader. Con McCarthy er senioringeniør på ESA's Mars Express, som skal sendes mot Den røde planet senere i 2003. Han sammenligner prosessen med det å bremse opp en bil. "Når du bremser, blir bilens bevegelsesenergi omsatt til varme. Det får temperaturen på bremseskivene til å stige voldsomt. På samme måte vil en landingsseksjon som møter en planetatmosfære med stor fart utvikle ganske meget varme ved friksjon".

The Beagle 2 lander
Beagle 2 landingsseksjonen på Mars-overflaten

Landingsseksjoner må konstrueres for å tåle meget høye temperaturer. De beskyttende varmeskjoldene er høyteknologi-produkter, og bygges av materialer som isolerer seksjonene mot varmen. To metoder er tilgjengelig. Den ene gjør bruk av et materiale som absorberer varme ved smelting, fordampning og noe utstråling. Her snakker vi om ablasjon. Den andre metoden benytter et materiale som utstråler det meste av varmen. Et slikt materiale må ha meget gode isolerende egenskaper, spesielt ved høye temperaturer. Ablasjonsmaterialer er som regel rimeligere og tyngre, mens utstrålingsmaterialene er lettere og vanligvis dyrere. På den annen side er de vanligvis gjenbrukbare (som for eksempel på den amerikanske romfergen).

"Varmeskjoldet på Beagle 2, landingsseksjonen på Mars Express, er laget av et ablasjonsmateriale med omtrent samme sammensetning som en kork-kompositt", sier McCarthy. "Det absorberer varme og brenner delvis av slik at varme fjernes". Atmosfæren på Mars er meget tynnere enn Jordens, men den kan likevel sammenlignes med en slags tykk suppe som bremser opp landingsseksjonen. Når den møter Mars-atmosfæren med en fart på 25-30 ganger lydens (som her er omkring 330 m/sek.), må varmeskjoldet tåle temperaturer på opp mot 1000 grader.

Huygens lander passing through Titan's atmosphere
Huygens 2 landingsseksjonen i den tette

ESA's Huygens landingsseksjon, som skal ned på Saturn-månen Titan tidlig i 2005, har på den annen side et varmeskjold av hovedsaklig utstrålingstypen. Det består av silisiumfibre i en slags kunstharpiks. Huygens blir første landingsseksjon som skal ned gjennom Titans tykke atmosfære, og varmeskjoldet vil beskytte den mot temperaturer på opptil 1800 grader i møtet med atmosfæren ved en fart på 25 ganger lydens. Hvis temperaturen under nedfarten stiger til meget høye nivåer, kan varmeskjoldet begynne å smelte og delvis opptre som et ablasjonsmateriale for å gi enda bedre beskyttelse.

Hvordan vet vi hvilken varmeskjold-teknologi som skal benyttes? Ingeniørene vil vanligvis foretrekke den økonomisk mest velegnede løsningen. "Men", sier Kai Clausen, ESA's seniorekspert på Huygens, "det er flere parametre å ta hensyn til.

Copyright 2000 - 2014 © European Space Agency. All rights reserved.