Ekstremalny test w rurze uderzeniowej ESTHER
Sercem tego osiągnięcia jest Europejska Rura Uderzeniowa do Badań Wysokoentalpowych, znana jako ESTHER. To największy w Portugalii obiekt badawczy zdolny do symulowania warunków ponownego wejścia statku kosmicznego w atmosferę przy prędkościach przekraczających 12 kilometrów na sekundę. Podczas listopadowego testu udało się wygenerować przepływ o prędkości około 8 kilometrów na sekundę, co odpowiada niespełna 29 tysiącom kilometrów na godzinę lub liczbie Mach 25. Aby oddać skalę, instytut podaje przykład: przy takiej prędkości można by przemierzyć Portugalię z północy na południe w nieco ponad pięć minut. W praktyce oznacza to odtworzenie warunków, z jakimi mierzy się kapsuła powracająca z orbity lub sonda wchodząca w atmosferę Marsa. Wytworzona plazma osiągnęła temperatury przewyższające te na powierzchni Słońca, a ciśnienia sięgnęły poziomów nieosiągalnych w konwencjonalnych laboratoriach.
Czytaj też: Gdy prędkość rośnie, metale zachowują się naprawdę dziwacznie. Nowy eksperyment potwierdził to po latach
Sukces tego pierwszego testu pokazuje, że Portugalia i Europa posiadają teraz unikalne narzędzie naukowe do badania zjawisk, które występują tylko podczas podróży kilkakrotnie szybciej niż prędkość dźwięku – tłumaczy Mário Lino da Silva, kierownik grupy N-PRiME
Praktyczne zastosowania technologii hipersonicznej
ESTHER nie powstała dla pokazów. Została zaprojektowana do rozwiązywania konkretnych, trudnych problemów inżynieryjnych związanych z badaniami ponownego wejścia w atmosferę i planowaniem misji eksploracji planetarnej. To w takich tunelach testuje się i udoskonala układy ochrony termicznej, które decydują o przetrwaniu statku kosmicznego i jego cennego ładunku podczas najgorętszej fazy misji. Kluczem do osiągania tak ekstremalnych parametrów jest precyzyjnie dobrana, stechiometryczna mieszanina helu, wodoru i tlenu, zapalana w trybie deflagracji. Konstrukcja pozwala na przeprowadzanie od trzech do czterech testów dziennie, co czyni ją stosunkowo wydajnym narzędziem badawczym. Możliwości pomiarowe są równie imponujące, gdyż obejmują zaawansowane układy optyczne z kamerą smugową i spektrometrem. Naukowcy pracują też nad rozszerzeniem systemów o pomiary w głębokim nadfioletu i podczerwieni.
Czytaj też: Silnik napędzany ciekłym metalem. Ta konstrukcja nie przypomina żadnego znanego napędu
Projekt, który rozpoczął się w 2010 roku, był przedsięwzięciem międzynarodowego konsorcjum pod przewodnictwem Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear. Europejska Agencja Kosmiczna dostrzegła jego potencjał i sfinansowała budowę infrastruktury. Bezpieczeństwo zawsze było absolutnym priorytetem. Mówimy przecież o 50-litrowej komorze spalania, w której panuje ciśnienie do 100 atmosfer. Jak zauważa da Silva, główne ryzyko to niekontrolowana eksplozja. Dlatego obiekt częściowo zakopano w ziemi, wzmocniono jego konstrukcję, a całość obsługuje się zdalnie z pobliskiej sterowni. Od inauguracji zespół metodycznie testował i weryfikował każdy podsystem: komorę spalania, laserowy zapłon, systemy próżniowe i akwizycji danych. Listopadowy eksperyment był zwieńczeniem tej mozolnej, trwającej lata procedury walidacyjnej.
Czy mały kraj może konkurować z kosmicznymi potęgami?
Uruchomienie ESTHER w pełni zbiegło się z 50. rocznicą powstania Europejskiej Agencji Kosmicznej. Dla Europy oznacza to zmniejszenie zależności od infrastruktury badawczej innych mocarstw. Zdolność do generowania i mierzenia przepływów hipersonicznych plasuje Portugalię w bardzo ograniczonej grupie krajów z technologicznym mistrzostwem w tej dziedzinie. Laboratorium Plazmy Hipersonicznej IPFN ma już doświadczenie z misji ESA takich jak Cassini-Huygens czy ExoMars. Teraz to know-how może być rozwijane na miejscu. W średniej perspektywie obiekt ma wspierać planowanie misji ESA oraz stać się ośrodkiem kompetencji dla portugalskiego sektora kosmicznego, współpracującego z uczelniami i firmami.