Kiek laiko erdvėlaivis gali išbūti kosmose?
Trumpas atsakymas: Erdvėlaiviai gali tarnauti nuo kelių valandų iki daugelio dešimtmečių. Jų skrydžio trukmė priklauso nuo to, kur jie yra, kaip jie buvo pagaminti ir kas sugenda pirmiausia (pvz., kuras, elektronika ar susidūrimai).
Pagrindinė mintis
Erdvėlaivio eksploatavimo laikas nėra vienas skaičius. Maži bandymų zondai arba kubiniai palydovai gali sugesti per kelias valandas ar mėnesius, jei susidurs su problema. Žemojoje Žemės orbitoje (ŽO) esantys palydovai susiduria su retu oru, kuris juos sulėtina ir gali priversti greičiau grįžti į Žemę.
Tolimojo kosmoso zondai neturi tokio pasipriešinimo, todėl gali veikti daugelį metų, jei jų galia ir elektronika atlaikys reikalavimus. Saulės šiluma ir šaltis šešėlyje verčia dalis plėstis ir trauktis, o tai gali jas susidėvėti. Didelės energijos spinduliuotė laikui bėgant gali pažeisti elektroniką.
Mikrometeoroidai ir maži nuolaužų gabalėliai gali išdurti skyles arba sulaužyti dalis, todėl projektavimas ir bandymai yra labai svarbūs.
Mokslinis paaiškinimas
Įvardyti dėsniai / principai: Pagrindiniai veiksniai, lemiantys erdvėlaivių gyvavimo trukmę, yra orbitinis irimas (aerodinaminis pasipriešinimas), terminis ciklas, radiacijos žala ir mikrometeoroidų smūgiai.
Orbitinis irimas vyksta todėl, kad net labai retas oras žemose orbitose sukuria pasipriešinimą, kuris atima energiją ir sumažina aukštį, galiausiai sukeldamas pakartotinį patekimą į atmosferą; tai atitinka Niutono judėjimo ir skysčio pasipriešinimo principus. Terminis ciklas – pakartotinis kaitinimas ir aušinimas – sukelia medžiagų plėtimąsi ir traukimąsi, todėl gali atsirasti įtrūkimų ir mechaninių gedimų. Spinduliuotė (įkrautos dalelės ir didelės energijos fotonai) gali išstumti atomus medžiagose ir sukelti elektroninių lustų gedimus – šis procesas tiriamas kaip jonizuojančiosios spinduliuotės žala.
Mikrometeoroidų smūgiai suteikia kinetinę energiją, kuri gali pradurti ekraną arba subraižyti paviršius.
Kaip mes tai žinome: inžinieriai laboratorijose testuoja medžiagas ir elektroniką, imituodami vakuumą, temperatūros svyravimus ir spinduliuotę, ir mes mokomės iš dešimtmečių realių misijų, kurios truko trumpai arba labai ilgai. Ilgaamžių misijų duomenys ir grąžinta įranga taip pat rodo, kurie veiksniai yra svarbiausi .
Kasdieniai pavyzdžiai
- Hablo kosminis teleskopas – paleistas 1990 m. ir kelis kartus remontuotas, vis dar veikia
- Tarptautinė kosminė stotis – nuolat apgyvendinta ir prižiūrima dešimtmečius žemojoje Žemės orbitoje
- „Voyager 1“ ir „2“ – paleisti 1977 m. ir po dešimtmečių vis dar siunčia duomenis iš tolimojo kosmoso
- Marso marsaeigis „Opportunity“ – veikė daug ilgiau nei planuota misija, kol galiausiai sustojo
Praktinis bandymas
Baliono ir temperatūros bandymas
Sauga: Būkite atsargūs su labai karštu vandeniu ir neperpūskite balionų.
Priemonės
- balionas
- šaldiklis arba šalta vieta
- dubenėlis šilto vandens
- žymeklis (nebūtina)
Žingsniai
- Pripūskite nedidelį balioną iki vidutinio dydžio ir jį užriškite. Pasirinktinai pažymėkite ant jo liniją žymekliu.
- Įdėkite balioną į šaldiklį arba šaltą vietą 15–30 minučių.
- Stebėkite ir išmatuokite (arba užsirašykite), kaip balionas atrodo šaltyje.
- Perkelkite balioną į dubenėlį šilto vandens ir stebėkite, kaip jis šiltas minutę.
- Stebėkite, kaip baliono dydis keičiasi tarp šalto ir šilto. Ką tai rodo: Dujos ir medžiagos šaltyje susitraukia, o šiltoje plečiasi, panašiai kaip temperatūros svyravimai veikia erdvėlaivio dalis.
Svarbūs žodžiai
- Vakuumas: vieta, kurioje beveik nėra oro. Kosmosas yra labai artimas vakuumui.
- Orbitinis irimas: palydovo lėtas aukščio mažėjimas dėl pasipriešinimo.
- Spinduliuotė: didelės energijos dalelės arba šviesa, galinčios pažeisti elektroniką ir medžiagas.
- Mikrometeoroidas: maža uoliena arba dalelė kosmose, galinti atsitrenkti į erdvėlaivį ir jį sugadinti.
- Terminis ciklas: pasikartojantis kaitinimas ir aušinimas, galintis suskaidyti medžiagas.
Trumpi klausimai
Ar erdvėlaiviai gali tarnauti amžinai?
Ne. Dalys susidėvi, baigiasi kuras arba juos gali pažeisti šiukšlės ar radiacija.
Kurie erdvėlaiviai tarnauja ilgiausiai?
Kosmoso zondai be oro pasipriešinimo ir su pastovia galia paprastai tarnauja ilgiausiai.
Ar inžinieriai gali pataisyti sugedusį erdvėlaivį?
Kartais jie gali atsiųsti programinės įrangos atnaujinimus arba inžinieriai gali juos sutaisyti orbitoje, bet ne visada.
Ar seni neveikiantys palydovai lieka kosmose?
Taip, daugelis jų tampa kosminėmis šiukšlėmis ir lieka orbitoje, kol nukrenta atgal arba yra pašalinami.