Waarom verbranden spaceshuttles niet in de dampkring?

Vroeger dacht men misschien dat de sterren daadwerkelijk uit de hemel vielen, maar tegenwoordig weet bijna iedereen dat het fenomeen ‘vallende sterren’ niets meer is dan ruimtegruis dat in onze dampkring verbrandt. Dat maakt het natuurlijk niet minder mooi en ik kan ook iedereen aanraden om op te zoeken wanneer er weer zo’n spectaculaire meteorenregen op de planning staat (in 2014: woensdag 13 augustus). Maar WRM verbranden de meteoroïden eigenlijk? En als de dampkring dit veroorzaakt, WRM komen de spaceshuttles dan niet als verbrande klompjes terug op aarde?

Extra: meteoren in de lucht, meteorieten op je kop
Even een kort lesje terminologie: een meteoroïde is een brok steen dat door het zonnestelsel beweegt. Zodra de steen in onze dampkring belandt en volledig verdampt, noemen we hem een meteoor. Krijgt hij het voor elkaar om (gedeeltelijk) intact de aardbodem te bereiken, dan wordt hij gepromoveerd tot meteoriet.

In vuur en vlam
Per jaar komen er ontelbaar veel meteoroïden in onze dampkring terecht. Maar WRM regent het dan geen meteorieten? WRM verdampen de meeste in de dampkring voordat ze de aarde bereiken? Kort gezegd komt dit door wrijving. In de ruimte kunnen stukken steen met hoge snelheden voortbewegen, omdat daar geen luchtweerstand is die ze afremt. Ze behouden dus de enorme snelheden die ze mee hebben gekregen bij de catastrofale gebeurtenis waarbij ze ontstonden. Dit levert voor hen geen enkel probleem op tot ze in onze dampkring terecht komen. Hier zijn ineens allemaal deeltjes aanwezig die ze in het luchtledige nog niet tegen waren gekomen. De botsingen hiermee leveren wrijving op, wat ervoor zorgt dat de licht ontvlambare gassen in de dampkring tot ontbranding kunnen komen. Bovendien veroorzaakt de hoge snelheid het samendrukken van gas dat zich vlak voor de meteoroïde bevindt, deze samendrukking resulteert ook weer in een verhoging van de temperatuur. Deze temperaturen zijn vaak zo hoog dat een volledig brokstuk verdampt.

Spaceshuttles met een schild
Spaceshuttles zijn voor het grootste gedeelte gemaakt van aluminium. Dit metaal loopt het risico te vervormen bij de hoge temperaturen die ontstaan bij het terugkeren in de dampkring. Bovendien bestaat de kans dat het voertuig zo heet wordt dat het volledig in brand vliegt. Om te voorkomen dat een spaceshuttle net zo verdampt als een meteoor, moet de snelheid genoeg verlaagd worden. Dit blijkt niet mogelijk met de huidige technologie. Daarom ontwikkelden wetenschappers een schild dat het voertuig tegen de hitte beschermt, om de verkoling van miljoenen euro’s aan ontwerp te voorkomen. Hiervoor bedachten ze prachtige platen met een ontzettend gave eigenschap: ze geleiden warmte bijzonder slecht en werken dus goed als isolator. Door de spaceshuttle hiermee af te dekken, blijft het aluminium frame beschermd. Er zijn verschillende materialen die hiervoor geschikt zijn, zoals koolstof, keramiek en silicium (bewerkt zand). ‘Goed isolerend’ klinkt misschien niet zo spannend, maar het betekent dat je een relatief kleine plaat (of een blokje gemaakt van die platen) tot een temperatuur van meer dan 1000 graden Celsius kan verwarmen en hem dan nog steeds aan de randen vast kan pakken zonder ovenwanten aan te moeten. Helaas is het nog wel zo dat deze platen maar één ruimteritje aankunnen en dan aan vervanging toe zijn. Momenteel wordt er gewerkt aan silicium platen die duurzamer zijn in het gebruik.

Een spaceshuttle overleeft zijn terugkeer naar het aardoppervlak dus door een hittebestendig schild, gemaakt van goed isolerende materialen. Dat is leuk voor de astronauten en hun familie, maar wat hebben wij eraan? Nou, als het aan KLM ligt reizen over tien jaar niet alleen goed getrainde ruimtevaarders met een spaceshuttle, maar kan iedereen er gebruik van maken om bijvoorbeeld in slechts twee uur van Amsterdam naar Sydney te vliegen (en dat zonder te verbranden!). Nu vraag ik me wel af hoe comfortabel die twee uur dan zijn…

.

Bronnen tekst:
– telegraaf.nl/reiskrant/22807920/__Op_reis_met_de_spaceshuttle__.html
– ocw.mit.edu, course: Aircraft Systems Engineering
– Real World, aflevering: Space Shuttle Thermal Protection System