V momentě, kdy se družice dostane na oběžnou dráhu, její konstruktéři už většinou nemají možnost ji v případě nějaké závady opravit. Existují však ale výjimky, jako je například Hubbleův kosmický dalekohled.
Kosmický prostor je drsným prostředím nejen pro člověka, ale i pro kosmické lodi a družice. Vědci proto neustále přemýšlejí o řadě metod, jak se vlivům kosmického prostředí bránit. Mezi ně patří i metody autonomního „léčení“ pláště umělých družic, poškozených například dopady mikrometeoroidů (meteorických částic, které dosud nevstoupily do zemské atmosféry nebo se nesrazily s jiným tělesem sluneční soustavy). Hned dvě skupiny vědců v současné době testují navržené technologie.
Prošpikovaný teleskop
Když byl v roce 2002 Hubbleův kosmický dalekohled naposledy navštíven raketoplánem Columbia, vyměnili astronauti mj. i jeho solární panely, určené pro výrobu elektrické energie. Pokud by to bylo jenom trochu možné, měl raketoplán vyměněné díly přivézt zpět na Zemi. Odborníci totiž byli velice zvědaví na jejich stav po devíti letech strávených na oběžné dráze.
Astronauti je nezklamali! Panely byli schopni naložit a dopravit do pozemských laboratoří. A ty tak i po uplynutí vlastní životnosti posloužily jako detektor kosmického smetí a prachu na oběžné dráze. Analýza jejich stavu rychle ukázala, že jsou doslova „prošpikovány“ množstvím stop po nárazech (impaktů) maličkých či větších částeček.
Trvalé nebezpečí
Případ solárních panelů dalekohledu jen dokládá, že kosmické lodi i družice jsou na oběžných drahách neustále vystaveny nejen palbě mikrometeoroidů, ale například i extrémním změnám teploty, kosmickému záření a dalším efektům, které „nahlodávají“ jejich vnější plášť.
V konečném důsledku všechny tyto vlivy snižují životnost kosmických zařízení. Nepřetržité střety s vlivy kosmického prostoru a tím vytváření dalších, byť i sebemenších trhlinek, pak může nakonec vést k náhlému a definitivnímu selhání drahého kosmického zařízení.
Pro názorný příklad nemusíme chodit vůbec daleko. Jen před několika týdny oznámila ruská telekomunikační společnost, že její družice Express AM11 zaznamenala „náhlý vnější impakt“. V jeho důsledku došlo k úniku kapaliny ze systému zajišťujícího stabilní teplotu pro přístroje. Situace může nakonec vyústit v selhání palubní elektroniky a úplnou ztrátu kontroly nad družicí.
Vědci i provozovatelé družic proto hledají způsoby, jak se takovým událostem bránit. A dokonce už na tomto poli zaznamenávají první úspěchy.
Léčí se jako lidské tělo
Ian Bond a Richard Trask, oba z britské University of Bristol, vyvinuli v rámci projektu Evropské kosmické agentury (ESA) technologii, která by mohla autonomně zacelit rány, způsobené dopady miniaturních částeček na pláště družic.
Inspirací jim bylo samotné lidské tělo a jeho reakce na drobná poranění. „Pomyslete na to, když se říznete,“ uvádí Ian Bond. „Vlásečnice rychle přivedou krev, aby zablokovala trhlinu.“ Vědci proto vyvinuli podobný systém, ve kterém krev nahradili pryskyřicí a žíly skleněnými trubičkami. „Byli jsme překvapeni, jak dobře to fungovalo,“ poznamenal později Ian Bond. A zároveň poukázal na to, že tým se snaží vyvinout autonomní systém, který samostatně zareaguje na situaci, kdy dojde k poškození pláště, takže už „…nebude nutno léčící proces nijak jinak iniciovat.“
Vědci napěchovali lepkavé pryskyřičné lepidlo a zpevňující činidlo do miniaturních skleněných vláken, která uložili do kompozitního materiálu, obvykle užívaného při výrobě družic. Kompositní materiál je tak doslova protkán množstvím „žilek“ o průměru pouhých 60 mikrometrů. Vnitřní dutina má průměr 30 mikrometrů. Polovina všech vláken je vyplněna lepidlem, druhá polovina chemickou látkou, která při kontaktu s lepidlem vytvoří velmi pevnou a tvrdou hmotu.
Vlákna jsou přitom navržena tak, aby při poškození kompozitu snadno praskla, obě látky z nich vytekly a rychle zacelily vzniklou trhlinu. Testy v prostředí vakua ukázaly, že k celému „léčebnému“ procesu může docházet v širokém rozmezí teplot od -100 ºC do +100 ºC.
Vlákna nebo mikrokapsle?
Trochu jinak se na problém podívali výzkumníci z americké University of Illinois v Urbana-Champaign, kteří kompozitní materiál vyplnili miniaturními kapslemi „léčivé“ látky a zpevňujícího katalyzátoru. Tým, který vede Scott White, byl schopen vyrobit mikrokapsle o průměru od 100 mikrometrů až po méně něž 1 mikrometr.
Motivací tohoto vědeckého týmu ale nejsou jenom kosmické družice a jejich ochrana před dopady částeček. „Existují i určité aplikace s materiály v mikroelektronice, které trpí tepelnou či mechanickou únavou,“ naznačuje další možnosti využití Scott White.
Nevýhodou obou technik, britské i americké, je ale jejich omezená použitelnost. Jakmile totiž dojde k vyčerpání látek uvnitř vláken nebo kapslí, samoléčivý proces se zastaví bez ohledu na to, jestli došlo či nedošlo k úplnému zacelení rány. Tuto nevýhodu přiznává i Ian Bond: „To co máme nyní, je systém na jedno použití.“
Cévní systém družice
Oba týmy proto nyní pracují na vývoji transportního systému, který by byl schopen přesouvat užívané chemické látky napříč materiálem. Inspiraci opět čerpají z příkladu lidského těla. Snaží se totiž vytvořit obdobu vaskulárního systému, s jakousi pumpou. Ta by totiž měla být schopna, podobně jako cévní systém člověka, zajistit cirkulaci příslušné látky po celém plášti družice a její nepřetržitý přísun do kteréhokoliv místa, kde bude potřeba. Zároveň oba týmy společně studují možnosti jak zabudovat kanálky přímo do materiálu a vést jimi mikrokapsle z centrálního rezervoáru.
Dlouhá cesta
„Jsme na první příčce žebříku,“ komentuje současný stav výzkumu Ian Bond. Zároveň ale upozorňuje, že tento systém by se mohl jednoho dne stát záchranou nejen pro družice, ale zároveň by mohl ušetřit astronautům mnohdy nezbytné výstupy z kosmických lodí do volného vesmíru, zaměřené na opravu vnějšího pláště družic.
„Potrvá ale ještě velice dlouhou dobu, než se tato technologie stane běžnou praxí“, přiznává Christopher Semprimosching, který v Evropské kosmické agentuře vede výzkum v oblasti samoléčivých technologií. „Udělali jsme zatím jen první kroky, ale je zde ještě minimálně jedno desetiletí než si tato technologie najde svou cestu do kosmických lodí.“
Co odhalí senzor?
Svou troškou do mlýna samoléčivých technologií by mohl přispět i výzkum vědců z americké Iowa State University, kteří zase pracují na vibračních senzorech. Ty byly schopny detekovat únik vzduchu z nitra kosmické lodi.
Dale Chimenti a jeho kolegové vyvinuli senzor, který může odhalit směr úniku vzduchu během 30 sekund. Čidlo je tvořeno řadou 64 piezoelektrických článků, které převádějí mechanický pohyb na elektrické napětí, jež může být následně zesíleno a analyzováno.
Meteorická palba
V důsledku dopadu mikrometeoroidu došlo v roce 1993 ke ztrátě experimentální komunikační družice ESA Olympus. Po zásahu hned několika částicemi, které zřejmě patřily k meteorickému roji Perseid, začala družice nekontrolovatelně rotovat a řídícímu týmu už se nepodařilo ji znovu ovládnout.
Ačkoliv se v naprosté většině jedná o miniaturní částečky, je velkou hrozbou mikrometeoroidů především jejich rychlost, která se pohybuje řádově v desítkách kilometrů za sekundu. Pohybová energii takových částic je pak srovnatelná s rozjetým náklaďákem na dálnici.
