Uzay enkazına karşı yumurta kabuğundan ilham alan alüminyum kalkan

Ars Technica Space'in aktardığına göre, Çinli bilim insanları uzay enkazı parçalarına karşı gelişmiş koruma sağlayabileceğine inandıkları, yumurta kabuğundan ilham alan yeni bir alüminyum malzeme geliştirdi. Bulgular Journal of Applied Physics'te yayımlanan yeni bir makalede yer aldı.

Uzay enkazı sorunu ve Endeavour örneği

2007 yılında bir uzay enkazı parçası, ABD uzay mekiği Endeavour'un radyatör panelinde mermi benzeri bir delik açtı. Bu giriş deliği yaklaşık 5,5 mm çapındaydı ve çıkış deliği iki kat daha büyüktü. Uzay mekiği programı 2011'de sona erdi.

2021 tarihli bir NASA raporu, yakın Dünya yörüngesindeki enkaz miktarını üç grupta tahmin etti: 10 santimetreden büyük yaklaşık 34.000 parça, 1 cm ile 10 cm arasında yaklaşık 900.000 parça ve 1 cm'den küçük yaklaşık 128 milyon parça.

Whipple kalkanı nasıl çalışır?

Uzay araçları tipik olarak, uzay aracının duvarı ile arasında boşluk bulunan ince bir dış tampon içeren bir Whipple kalkanı ile enkaz çarpmalarından korunur. Bu dış tampon, gelen enkaz parçalarını parçalayarak çarpma enerjisini uzay aracı duvarının daha geniş bir alanına yayar.

Yumurta kabuğunun mekaniği

Bir yumurta kabuğu çoğunlukla bir protein matrisine gömülü kalsiyum karbonat kristallerinden oluşur ve ince bir kolajen iç zar ile desteklenir. Bu yapı diş minesine veya deniz kabuklarına benzer.

Bir yumurtayı kırmak için yaklaşık 5,5 pound kuvvet gerekir; ancak bu, kuvvetin uygulandığı yöne ve kabuk yüzeyine dağılımına bağlıdır. Enerji emiliminin kritik bir faktör olduğu durumlarda, yatay yumurtalar daha fazla enerji emer ve aynı kuvvet altında daha fazla sıkışabilir. Yatay konumlandırılmış yumurtalar, aynı yükseklikten düşürüldüğünde dikey olanlara göre daha az sıklıkla çatladı.

Yeni tasarımın test edilmesi

Bu son makalenin yazarları, yumurta kabuklarının olumlu geometrisi ve biyomekanik özelliklerinden yararlanarak Whipple kalkanlarının darbe direncini artırmayı amaçladı.

Ekip üç farklı alüminyum tasarımı 3D baskı ile üretti: sadece alüminyum plakalar, alüminyum plakalar arasına yerleştirilmiş su dolu alüminyum küreler ve su ile doldurulmuş yumurta kabuğu yapıları. En darbe dirençli tasarımı belirlemek için hiper hızlı çarpmaları ölçen çok sayıda simülasyon çalıştırdılar ve 3D baskılı diziler üzerinde hafif gaz tabancası deneyleri yaptılar.

Su dolu yumurta kabuğu dizileri en etkili sonucu verdi

Su ile doldurulmuş yumurta kabuğu şeklindeki diziler en etkili oldu; yüksek yüklere dayandı ve mermilerin hızını yaklaşık %65 azalttı. Sadece alüminyum plakalar kullanıldığında mermi hızı yalnızca %51 azaldı.

Su dolgusu, içeride sıçrayarak çarpma dalgalarının yayılmasını önleyerek darbe enerjisinin dağıtılmasında önemli bir rol oynar. Yazarlar farklı yumurta kabuğu konfigürasyonlarını da test etti ve en etkili olanın, yumurtaların dar ucu üst alüminyum plaka ile temas edecek şekilde dik yerleştirildiği konfigürasyon olduğunu buldu.

Tasarımın iyileştirilmesi ve malzemenin enerji emiliminin artırılması için daha fazla deneye ihtiyaç duyulduğu belirtiliyor.