Elkészült az 1,2 millió faktoros űrnapvédő

Túl van a sikeres földi próbákon az a hatalmas felületű árnyékolószerkezet, amely majd a James Webb űrteleszkópot, a Hubble-űrtávcső utódját védi a napsugárzás melegétől, a világűr viszontagságaitól. Hatékonyságát a fényvédőkrémek védőfaktorához hasonlítva 1,2 millió faktoros védelmet szolgáltat. Felülete 150 négyzetméter, körülbelül akkora, mint egy teniszpálya. Öt rendkívül vékony rétegből áll, egyik réteg sem vastagabb az emberi hajszálnál.

A cikkben ismertetett specális műanyag, a Kapton

A James Webb űrteleszkóp a Hubble-űrtávcső utódja. Felbocsátását 2013-ra tervezik. A Hubble megépítése óta végbement technikai fejlődésnek köszönhetően természetesen még pontosabb mérési adatokra számíthatunk tőle.

Fontos műszerei az infravörös kamerák, amelyekkel távoli galaxisok, az első csillagok és bolygórendszerek infravörös (hő-) sugárzását térképezi fel. Az infravörös mérőrendszer csak alacsony hőmérsékleten működhet, egyébként saját melege miatt nem lenne képes észlelni a távolból érkező gyenge infravörös sugárzást. Az alacsony hőmérséklet 40 kelvint (- 233 Celsius-fok) jelent.

A James Webb űrteleszkópot ezért egy hatalmas napernyővel látják el. Ehhez olyan árnyékolóanyagot kellett találni, amely úgy veri vissza a napsugarakat, hogy közben önmaga nem melegszik fel.

További követelmények is vannak. Bírja ki a világűr hidegét is, viselje el a 400 és 30 kelvin között változó hőmérsékleteket. Ha ez még nem elég, homokszem méretű mikrometeoritok fogják bombázni, és folyamatosan el kell viselnie a részecskesugárzást is. Az űrteleszkópot hosszú üzemidőre tervezik, tehát az öregedés jelei sem mutatkozhatnak túl hamar az árnyékolórendszeren.

1,2 millió faktoros napvédelem

A megoldást a DuPont "Kapton E" nevű műanyagában találták meg a Northrop Grunman mérnökei. Jó a hőstabilitása, ellenáll a kémiai hatásoknak, kitűnő mechanikai tulajdonságokkal bír, széles hőmérséklettartományban, -264 Celsius-foktól 400 Celsius-fokig stabil, ellenáll tűznek, lángoknak, a legtöbb oldószernek, savaknak.

Sok érdekes alkalmazásban bizonyított már ez az anyag. Rugalmas nyomtatott áramköröket fednek le, kábeleket szigetelnek vele. Röntgenforrások ablaka készül Kaptonból, mert jól ellenáll a sugárzásnak. Nagyvákuum és mélyhűtő (kriogén) rendszerekben kap szigetelő szerepet. Kapton anyagból van az asztronauták űrsétán használt ruhájának külső rétege, ott van a marsjárókon, és ebből az anyagból építik meg majd a napvitorlásokat.

Martin Mohan programmenedzser az űrnapernyő hatékonyságát a fényvédőkrémek védőfaktorához hasonlította: az ernyő 1,2 millió faktoros védelmet szolgáltat! Felülete 150 négyzetméter, körülbelül akkora, mint egy teniszpálya. Öt rendkívül vékony rétegből áll, egyik réteg sem vastagabb az emberi hajszálnál.

A rétegek nem érintkeznek egymással, középen és a kerület mentén parányi rudak és kábelek feszítik ki a nagy felületet. A Nap felőli oldalon az első és a második poliimid-film külső oldalát szilíciumbevonat borítja, a belső oldalakat pedig párologtatással felvitt alumínium. A 3., 4., és 5. réteg mindkét oldalát alumínium fedi.

A Napból 250 ezer watt hőteljesítmény éri a napernyőt, de mielőtt a hősugárzás elérné a legbelső, ötödik réteget, teljesítménye 1 watt alá csökken: ez valóban fantasztikus árnyékolóképességnek nevezhető.

Hat évig kínozták az anyagot

Az űrnapernyő hatéves kísérleti- és fejlesztőmunka eredményeként született meg. Minden lehetséges módon szimulálták a próbákon az űrbeli körülményeket. Rendkívüli hidegben és forróságban tesztelték a mechanikai tulajdonságokat. Intenzív sugárzásnak tették ki és nézték a bevonatok ellenállóképességét. 12 km/másodperces sebességgel repülő finom homokszemekkel szimulálták a mikrometeoritokat, hideg és meleg környezetben egyaránt. Külön gondot fordítottak az illesztések megbízhatóságának ellenőrzésére.

A Kapton E minden próbán sikeresen szerepelt, valamennyi, az űrbeli körülményeket szimuláló "kínzásnak" ellenállt. A pályára állításhoz természetesen kis csomagot kell készíteni a teniszpálya méretű, de rendkívül vékony felületből, ezt is kipróbálták, úgy hajtogatják össze, mint az ejtőernyőket. Az űrnapernyő, a Webb űrteleszkóp egyik fontos részegysége már készen áll az indításra.

A védőanyag kémiája

A Kapton egy polimer műanyag, imid monomerekből felépülő poliimid. Az imidben két karbonilcsoport kötődik egy nitrogénatomhoz. Az imidekből kétféle módon épülhet fel poliimid: vagy lineárisan, hosszú láncban kötődnek egymáshoz a monomer molekulák, vagy heterociklikus polimert hoznak létre, és aromás gyűrűk kapcsolódnak a lánchoz. A Kapron az utóbbi csoportba tartozik.