Přírodní vlákna mohou přinést bezpečnější mise


Přírodní vlákno, které se kdysi používalo k balení egyptských mumií a které sloužilo k oblékání římským aristokratům, nalezlo uplatnění i v kosmickém věku. Lněná vlákna v konstrukčních panelech družic totiž mohou pomoci k tomu, že tyto po skončení kosmické mise rychleji shoří během zániku v atmosféře – jejich likvidace je tak bezpečnější pro lidi a hodnoty na zemi.

Detailní testování kompozitu z přírodních vláken realizované v rámci ESA pomohlo najít další pozemské využití, například uvnitř monopostů Formule 1 stáje McLaren.

Vlákna ze lnu, která jsou v Evropě pěstovaná od doby kamenné, se tkají za účelem výroby plátna. Projekt ESA realizovaný švýcarskými firmami Bcomp a RUAG řeší, zdali by nemohla nahradit uhlíková vlákna, která se nacházejí třeba v rozšířeném kompozitním materiálu CFRP (Carbon Fibre Reinforced Plastic).

CFRP je pevný a lehký materiál, který připomíná armovaný beton: železné tyče jsou přidány do betonové směsi, aby ji zpevnily. Paralelním způsobem jsou uhlíková vlákna smíchaná s epoxidovou pryskyřicí, aby bylo dosaženo vyšší pevnosti v poměru k hmotnosti a tuhosti. Výsledný kompozit je široce používaný při výrobě družic, stejně jako pro špičkové automobilové a námořní aplikace.

„Myšlenka za projektem BCSSA (Bio-Composite Structure in Space Applications) byla, zdali by nestálo za to vyzkoušet použití přírodních vláken namísto jejich uhlíkových ekvivalentů,“ vysvětluje inženýrka ESA Tiziana Cardoneová.

„Jsou nejméně dva důvody, proč to zjistit. Jednak zdali by nešlo snížit dopady kosmické výroby na životní prostředí, což je jedním z hlavních cílů iniciativy ESA Clean Space. Naše detailní analýza životního cyklu ukazuje, že tímto způsobem můžeme snížit emise oxidu uhličitého až o 75 procent ve srovnání s výrobou standardních součástek z uhlíkových vláken.“

„Jednak, a to je další vazba na iniciativu ESA Clean Space, hledáme nové materiály, které mohou ‘zanikat’ mnohem snadněji. Máme na mysli rychlejší a kompletnější shoření během vstupu do atmosféry na konci životnosti objektu. To je požadováno evropskými požadavky na zvládání kosmického smetí, které vyžadují nižší riziko než 1 ku 10 tisícům na zranění osob nebo poškození majetku během likvidace družic na konci jejich životnosti.“

Projekt vedený sekcí struktur ESA a podporovaný skrze program GSTP (General Support Technology Programme) zahrnoval zkoumání lněných vláken z hlediska vysokých požadavků kladených na kosmické lety.

„Zjistili jsme, že mají mimořádně nízkou tepelnou roztaživost – což je dobré z hlediska teplotních extrémů na oběžné dráze – stejně jako vysokou specifickou tuhost a pevnost, které si zachovávají až do kryogenních teplot,“ vysvětluje specialista na materiály a jejich zpracování v ESA Ugo Lafont. „Jsou také schopné výborně absorbovat vibrace, odolají ultrafialovému radiačnímu záření a mají mnohem menší vliv na rádiové signály, než uhlíková vlákna.“

Projektový tým vzal za výchozí bod patentované tenkovrstvé kompozity „powerRib“ z přírodních vláken. Z nich pak vytvořil boční strukturální panel družice Sentinel-1 systému Copernicus. Ten byl u reálné mise vyrobený z hliníku.

„Tyto panely jsou konstruované jako ‘cíleně zničitelná místa’ na družici, aby byly schopné se rychle rozpadnout a umožnit rychlejší vstup tepelného toku do nitra družice,“ dodává vedoucí divize struktur, mechanismů a materiálů v ESA Tommaso Ghidini.

„Dalším krokem bylo otestování těchto nově vyrobených panelů v podmínkách, které se co nejvíce blíží skutečným. K tomu byl použitý plazmový aerodynamický tunel v Institutu kosmických systémů IRS v německém Stuttgartu. IRS pracoval s ESA na vývoji testovací procedury zničitelnosti.“

Výsledný křest ohněm ukázal pozitivní výsledek ve srovnání s tradičními CFRP: zatímco panel z uhlíkových vláken má tendenci držet při sobě, zatímco okolí je sežehnuté, lněná vlákna se od sebe oddělují mnohem rychleji.

Detailní charakteristika kompozitního přírodního vlákna vedla také k nalezení nového pozemského zákazníka: švédská firma Volta Trucks nyní využitá tyto kompozity k úspoře hmotnosti a výrobě mnohem přijatelnější panelů z hlediska životního prostředí.

Mezitím spolupracuje McLaren Racing s Bcomp na výrobě prvního kompozitního sedadla Formule 1 z přírodních vláken. Nový materiál, který má vylepšené tlumení vibrací oproti tradičnímu sedadlu CFRP, má také širší bezpečnostní možnosti: uhlíková vlákna se při nehodách štípou, což vede třeba k propichování pneumatik nebo možným zraněním řidičů.

„Jsme malý tým a práce s ESA nás mnohému naučila,“ dodává Régis Voillat z Bcomp. „A to jsme vzápětí byli schopni aplikovat na mnoho dalších našich projektů. Takže výsledkem této spolupráce bylo vzájemné obohacení o udržitelné technologie.“

Další informace (v angličtině) jsou k dispozici na portálu Evropské kosmické agentury (ESA).

Rubriky