Meteorické nebezpečí

Včerejší pozorování meteorického roje Perseid mně přivedlo na myšlenku podívat se znovu na problematiku meteorického nebezpečí pro umělé kosmické objekty.

Mikrometeorit

Ještě než se začaly do vesmíru vydávat umělé družice a sondy, vedly se diskuse o tom, jaká je hustota mikrometeoritů v kosmickém prostoru a jaké nebezpečí představují při letech kolem Země a později i při planetárních misích. Aby byla zodpovězena základní otázka týkající se četnosti mikrometeoritů, byly v počátcích praktické kosmonautiky mnohé umělé družice Země vybaveny detektory mikrometeritů. Připomeňme například první americké družice Explorer 1 (startovala 1.2.1958), Explorer 3 (start 26.3.1958), sovětskou družici Sputnik 3 z května 1958 a nebo měsíční sondy Ranger 1 a 2 vypuštěné v roce 1961. Hustota mikrometeoritů byla dále určována podle rychlosti eroze článků slunečních baterií.

Už v při prvních výpravách mimo hranice atmosféry ale došlo i k poškození objektů mikrometeority. Zřejmě první takový zásah se uvádí u sovětské Luny 3, která v roce 1959 pořídila první snímky odvrácené strany Měsíce. Luna 3, vypuštěná 4. října 1959, se náhle odmlčela 18. října, kdy byla zřejmě zasažena mikrometeoritem.

Přitom k poškození družice, případně jejich senzorů, stačí i velice malý objekt. Uvádí se, že k poškození vnějších prvků (optiky, panelů sluneční baterie a pod.) stačí tělíska o hmotnosti jedné desetitisíciny gramu, k proražení pláště družice pak stačí tělísko o hmotnosti tisíciny gramu. Přitom v meteorických rojích jsou tělesa o hmotnosti od stotisícin gramu až po několika set kilogramů. Proto jsou pláště družic a dalších kosmických objektů stavěny tak, aby odolaly meteorickému bombardování (viz [4]). Je také známo, že skafandry používané americkými astronauty v rámci programu Apollo byly schopné odolat nárazu kosmického prachu letící rychlostí 30 km/s (ovšem některé částice mohou oletět rychlostí až 72 km/s!).

Další otázkou je četnost mikrometeoritů. Jejich počet se různí v čase. Například sovětská družice Elektron 2 vypuštěná v lednu 1964 zaregistrovala během 479 hodin tři zhuštění mikročástic a americká družice Pegasus 1 při průletu meteorickým rojem zaregistrovala asi milión zásahů částicemi pohybujícími se rychlostí mezi osmi a 80 km/s. U družice Pegasus je nutné upřesnit, že mikrometeority byly detekovány dvěma panely o rozpětí 29 metrů a šířce 4 metry.

Mraky mikročástic nebyly zjištěny jen v blízkosti Země, ale zaregistrovaly je i meziplanetární sondy; Mars 1 v roce 1963 a Mariner 4 v roce 1965. Díky těmto sondám se vědci dozvěděli o meteorických rojích, o nichž do té doby neměli tušení, neboť jejich dráhy neprotínaly dráhu Země. Tak sonda Mars 1 zjistila ve vzdálenosti asi 23 miliónů km od Země zhuštění mikročástic, když během 274 minut zaregistrovala 104 zásahy.

Na základě těchto a řady dalších pozorování se pokusili astronomové odhadnout pravděpodobnost zásahu družice. Výpočty ukázaly, že těleso o průřezu 1 m2 může být na nízké oběžné dráze kolem Země zasaženo částicí o hmotnosti 1 gram jednou za šest až sedm let. (Pro představu: zásah mikrometeoritem o hmotnosti 0,5 gramu rychlostí kolem 40 km/s odpovídá explozi asi 300 g TNT, ale zásah družice o průřezu 1 m2 takovým tělískem je pravděpodobný jednou za sto let.) Správnost výpočtu ukázal například satelit Explorer 14, který v průběhu sedmi měsíců nezaregistroval žádný zásah "větším" mikrometeoritem.

Jiným důkazem byly experimenty S-10 a S-12 uskutečněné v rámci amerického programu Gemini. V rámci pokusu S-10 byla destičky z nerezavějící oceli o velikosti 94 cm2 vystavena po 4 měsíce kosmickému prostředí a po její dopravě na Zem bylo zjištěno "větší množství" mikroskopických kráterů (do 1 mikrometru) a tři největší měly průměr 17, 160 a 280 mikrometrů a jejich hloubka byla 7,7 mikrometru u nejmenšího a 30 mikrometrů u největšího.

S ohledem na meteorickou bezpečnost je na Mezinárodní kosmické stanici (ISS) pravidelně prováděna fotodokumentace stavu průzorů a pozemní specialisté vyhodnocují stav výplní a zjišťují zásahy drobnými částečkami. Ovšem pro objekt velikosti ISS jsou větším nebezpečím než mikrometeority částice kosmického smetí, jimiž se podařilo v průběhu let "zaneřádit" okolozemní prostor.

HLAVNÍ PRAMENY:
[1] P. Lála, A. Vítek: Malá encyklopedie kosmonautiky, Mladá fronta, Praha 1982
[2] I. krasjakov: Opasny li potoki meteorov - in: Aviacija i kosmonavtika, číslo 11, ročník 1969
[3] http://www.lib.cas.cz/space.40/[4] http://www.nasa.gov/centers/wstf/laboratories/hypervelocity/mmod.html

-----
Poznámka: k tématu jsem už psal na tomto blogu v květnu, ale zde jsem téma ještě trochu více rozvinul.