Innspace po raz trzeci prezentowało się w finale zawodów Student Aerospace Challenge, czyli międzynarodowym konkursie skupiającym się na tematyce lotów suborbitalnych. Tym razem polski zespół podjął się tematu dotyczącego ochrony przeciwradiacyjnej pasażerów samolotu suborbitalnego, a za swoją pracę otrzymał Suborbital Day Special Prize.

 

W 2019 roku zespół zdobył główną nagrodę – ESA Grand Prix za projekt kabiny pasażerskiej samolotu suborbitalnego, a rok później – ArianeGroup Prize za analizę rynku. W tym roku Innspace po raz trzeci wraca z nagrodą za wykonany projekt osłony przeciwradiacyjnej z uwzględnieniem struktury samolotu, jego wymiarów oraz maksymalnej masy. Nad nagrodzonym projektem pracowało 5 osób – Hubert Gross (Politechnika Rzeszowska), Magdalena Łabowska (Politechnika Wrocławska), Dominik Tokarz (Politechnika Warszawska), Małgorzata Popiel (Uniwersytet Adama Mickiewicza w Poznaniu) i Renata Ferduła (Politechnika Poznańska).

„Ogromnie cieszymy się z tego wyróżnienia. Tematyka lotów suborbitalnych zyskuje na popularności dzięki sukcesom takich firm jak Virgin Galactic czy Blue Origin. Jest to też temat, który ogromnie interesuje nasz zespół, gdyż to najtańszy obecnie sposób na realizację turystyki kosmicznej”

– Hubert Gross, lider zespołu, który pracował nad tym projektem

Ochrona przed promieniowaniem kluczowa w rozwoju turystyki kosmicznej

Osłona przeciwradiacyjna w pojazdach przekraczających linię kosmosu pełni kluczową rolę dla zdrowia pasażerów. Otrzymywane dawki radiacji podczas lotu suborbitalnego wielokrotnie przekraczają dopuszczalne normy, co może skutkować nowotworami czy chorobą popromienną.

„Dlatego nasz zespół zdecydował się opracować temat związany z osłonami przeciwradiacyjnymi w samolotach suborbitalnych”

– Dominik Tokarz, członek zespołu

Z jakimi problemami musiał się zmierzyć zespół? Promieniowanie jonizujące jest korpuskularnym (cząsteczkowym) lub elektromagnetycznym promieniowaniem powodującym jonizację ośrodka, przez który przechodzi. Przy odpowiednio dużej energii jest w stanie oderwać elektron od obojętnych atomów lub cząsteczek. Podróżni są stale narażeni na galaktyczne promieniowanie kosmiczne (eng: Cosmic Galactic Rays [GCR]) pochodzące od supernowych gwiazd, a także promieniowanie pochodzenia słonecznego (Solar Cosmic Radiation [SCR]).

Na szczęście Ziemia ma dwie skuteczne warstwy ochronne: atmosferę i magnetosferę. Przed promieniowaniem kosmicznym człowieka częściowo chroni atmosfera ziemska, która pochłania energię spadających cząstek. W wyniku zderzeń cząstek z jądrami gazu (tj. azotem, tlenem) do atmosfery emitowane jest promieniowanie wtórne. Szacuje się, że do wysokości 20 km nad powierzchnią Ziemi jest dominującym składnikiem promieniowania kosmicznego. Jednak im grubsza jest warstwa atmosfery, przez którą promieniowanie musi przejść, tym staje się ono słabsze.

Dobór materiałów

Podczas pracy nad projektem osłony przeciwradiacyjnej rozpatrzone zostały oddzielnie okna oraz konstrukcja nośna ze względu na ich zastosowanie. Jako warstwę zewnętrzną konstrukcji użyto wytrzymały i lekki stop aluminium 7075-T6 stosowany w lotnictwie. Warstwa ta wraz z wręgami i podłużnicami tworzy równocześnie lekką i wytrzymałą konstrukcję półskorupową.

Kolejną warstwą jest pianka silica aerożelowa, która dzięki dobrym właściwościom izolacyjnym chroni pasażerów przed temperaturą podczas wchodzenia w atmosferę. Dzięki jej niskiej gęstości można było zastosować grubą warstwę, która przy okazji redukuje otrzymywaną przez pasażerów dawkę radiacji.

Następną warstwą jest Demron, który jest materiałem stworzonym do ochrony przeciwradiacyjnej i spośród wszystkich zastosowanych warstw ma największy udział w ograniczaniu dawki otrzymywanej przez pasażerów. Jego właściwości przeciwradiacyjne są porównywalne ze znacznie gęstszym Tantalem, co pozwala na efektywną osłonę przy zachowaniu małej masy Demronu użytego w samolocie.

Najbardziej wewnętrzną warstwą jest Nomex, który jest stosowany (często przez strażaków) jako niepalna tkanina. W projekcie osłony jest to warstwa zabezpieczająca przed możliwością rozprzestrzenienia się pożaru w pasażerskim przedziale samolotu.


Do okien zespół zastosował trzy warstwy materiałów. Na zewnątrz postawiono na aluminosilicate glass, który jest odporny na bardzo wysokie temperatury. Warstwę środkową stanowił ponownie silica aerożel, tym razem jednak wzmocniono go bromem, aby wykazywał lepsze właściwości ochronne przed promieniowanie. Od wewnątrz użyto materiału o nazwie Vycor.

„Najtrudniejszą częścią projektu był dobór materiałów i grubości ich warstw w taki sposób, aby nie przekroczyć zadanej masy pustego samolotu. Każdy z materiałów oprócz funkcji osłony przeciwradiacyjnej pasażerów musiał sprostać innego rodzaju wyzwaniom, jak: przenoszenie naprężeń, ochrona przed wysoką temperaturą czy zabezpieczenie przed pożarem”

– Magdalena Łabowska, członek zespołu

Kolejne plany

To trzecie wystąpienie zespołu Innspace w finale tego konkursu i zdecydowanie nie ostatni projekt. Teraz Innspace rozpoczyna pracę nad projektem związanym z Wenus. Ich celem jest sprawdzenie, czy jesteśmy w stanie zbudować bazę unoszącą się w atmosferze Wenus, która pozwoli nam dokładniej zbadać tę planetę.

Źródła:

Autor

Szymon Ryszkowski

Redaktor Naczelny Portalu Astronomicznego AstroNET, członek Klubu Astronomicznego Almukantarat. Autor gry planszowej Solar System Voyager.