Whipple-Schild
Der Whipple-Schild, erfunden von Fred Whipple,[1] ist eine Art von Hochgeschwindigkeitseinschlagschild, der verwendet wird, um bemannte und unbemannte Raumfahrzeuge vor Kollisionen mit Mikrometeoriten und Weltraummüll zu schützen, deren Geschwindigkeit im Allgemeinen zwischen 3 und 18 km/s liegt.
Im Gegensatz zum monolithischen Schutz der ersten Raumschiffe bestehen Whipple-Schilde aus einer relativ dünnen äußeren Prallschicht, die in geringem Abstand von der eigentlichen Raumschiffwand befestigt ist. Die Prallschicht hat nicht die Aufgabe, die anfliegenden Partikel vollständig zu stoppen oder auch nur den Großteil deren Energie aufzunehmen, sondern soll diese aufbrechen und zerstreuen, was die ursprüngliche Partikelenergie zwischen vielen Bruchstücken aufteilt und dadurch dünner über einen größeren Wandbereich verteilt. Dieser kann ihr dadurch mit größerer Wahrscheinlichkeit widerstehen. Veranschaulichen lässt sich das daran, dass man nur eine leichtere beschusshemmende Weste benötigt, um eine Ladung Schrot aufzuhalten, gegenüber einer massiveren Weste, die nötig wäre, um einer einzelnen Gewehrkugel mit derselben Gesamtmasse und kinetischen Energie widerstehen zu können. Obwohl ein Whipple-Schild im Vergleich mit massiven Schilden die Gesamtmasse des Raumfahrzeugs verringert, was in der Raumfahrt immer wünschenswert ist, kann das zwischen den Schichten eingeschlossene Volumen hingegen eine größere Nutzlastverkleidung erforderlich machen.
Es gibt verschiedene Abwandlungen des einfachen Whipple-Schilds. Multi-Schock-Schilde[2][3] wie dasjenige, das in der Stardust-Sonde eingesetzt wurde, verwenden mehrere abgesetzte Schichten, um die Schutzwirkung für die Sonde zu erhöhen. Whipple-Schilde, die über eine Füllung zwischen den starren Schichten verfügen, werden gefüllte Whipple-Schilde genannt.[4][5] Die Füllung dieser Schilde besteht für gewöhnlich aus einem hochfesten Material wie Kevlar- oder Nextel-Aluminiumoxid-Fasern.[6] Die Art des Schildes, das Material, die Dicke und der Abstand zwischen den Schichten werden variiert, um einen Schild mit minimaler Masse und trotzdem minimaler Wahrscheinlichkeit eines Durchschlags zu erhalten. Es gibt über 100 verschiedene Schildkonfigurationen allein auf der International Space Station,[7] mit aufwändigerem Schutz für Bereiche mit höherem Einschlagrisiko.
Siehe auch
Weblinks
- Shield Development – NASA
- B.G. Cour-Palais' über das Apollo-Meteoritenschutzprogramm (englisch)
- The Skylab meteoroid shield design and development – NASA
- Giotto, ESA's first deep-space mission: 25 years ago (Memento vom 31. Juli 2012 im Internet Archive)
- Meteoroid/Debris Protection System Development at ESA for ATV and Columbus
- Hyper-velocity impact test at JAXA of Kibo’s debris shield
Einzelnachweise
- Fred L. Whipple: Meteorites and space travel. In: The Astronomical Journal. Band 52, 1947, ISSN 0004-6256, S. 131, doi:10.1086/106009.
- Burton G. Cour-Palais, Jeanne L. Crews: A multi-shock concept for spacecraft shielding. In: International Journal of Impact Engineering. Band 10, Nr. 1–4, 1990, S. 135–146, doi:10.1016/0734-743X(90)90054-Y.
- Patent US5067388: Hypervelocity Impact Shield. Angemeldet am 30. April 1990, veröffentlicht am 26. November 1991, Anmelder: NASA, Erfinder: Burton G. Cour-Palais, Jeanne L. Crews.
- Eric L. Christiansen, Jeanne L. Crews, Jennifer H. Robinson, Joel E. Williamsen, Angela M. Nolen: Enhanced meteoroid and orbital debris shielding. In: International Journal of Impact Engineering. Band 17, Nr. 1–3, 1995, S. 217–228, doi:10.1016/0734-743X(95)99848-L.
- Patent US5610363: Enhanced Whipple Shield. Angemeldet am 15. Februar 1995, veröffentlicht am 11. März 1997, Anmelder: US ARMY, Erfinder: Eric L. Christiansen, Jeanne L. Crews, Jennifer H. Robinson, Joel E. Williamsen, Angela M. Nolen.
- 3M Nextel Ceramic Fabric Offers Space Age Protection. (PDF) 3M Company, abgerufen am 4. September 2011.
- Eric L. Christiansen: Meteoroid/Debris Shielding, TP−2003-210788. (PDF) National Aeronautics and Space Administration, Washington DC, 2003, S. 13, abgerufen am 3. März 2018.