Materiál, který má pomáhat udržet správnou teplotu při dalších letech na Měsíc, si rychle našel cestu do předmětů, bez kterých si řada z nás nedokáže představit začátek dne.
Některé vesmírné vynálezy mívají velmi banální počátky. Profesor Hongbin „Bill“ Ma z univerzity v Missouri pracoval pro agenturu NASA na problému tepelné ochrany – tedy v podstatě vývoji lepších izolantů pro využití ve vesmíru.
Sám přitom s udržováním správné teploty měl malý, ale iritující problém, který řada z nás zná velmi dobře: zapomínal na svou kávu. A když si na ni vzpomněl, teplota už mívala daleko k ideální.
Potíž, kterou většina smrtelníků vyřeší buď novou kávou, nebo (kávoví puristé odpustí) mikrovlnkou nebo mnohem častěji prostě tím, že zatneme zuby a nezbytnou dávku stimulantů vypijeme za studena, v Missouri vyřešili využitím kosmických technologií. Maův tým pro něj totiž měl připravit hrnek z materiálu, který určeného pro regulaci teploty kosmických lodí.
Horko i zima téměř naráz
Udržet si správnou teplotu je ve vesmíru obtížnější, než si dokážeme představit na základě své běžné každodenní zkušenosti. Na oběžné dráze či dále ve vesmíru jsou ovšem teplotní výkyvy mnohem větší a také rychlejší. Tepla může být málo jen proto, aby ho během několika minut zase bylo příliš.
Aby astronauti mohli ve vesmíru bezpečně pracovat a cítit se pohodlně, musí jejich skafandry a vesmírné lodě udržovat správnou teplotu. Jedním ze způsobů, jak toho dosáhnout, je použití speciálních materiálů „se změnou fáze“ (někdy se používá anglická zkratka PCM).
Přes složitě znějící je jejich tajemství prosté a dobře je znáte: jde třeba o balíčky s gelem, které se používají na chlazení v přenosných ledničkách. Jen o něco složitěji řečeno jde o materiály, které ukládají a uvolňují teplo, když se mění jejich skupenství.
Představme si to na příkladu kostičky ledu. Když led taje, přeměňuje se na vodu a během toho vstřebává teplo. A tak ochlazuje své okolí. Materiály se změnou fáze se zahřívají, pohlcují teplo a mění se z pevného skupenství na kapalné. Když se pak ochladí, vrací se zpět do pevného stavu. Teplo, které předtím pohltily, pak uvolňují zpět do okolí. Díky této vlastnosti mohou pomáhat udržovat stabilní teplotu.
Na Zemi se „PCM materiály“ používají v různých situacích, kde je potřeba udržet stálou teplotu. Například se využívají v budovách, aby v létě zůstaly chladné a v zimě teplé, aniž by se muselo tolik topit nebo chladit. Využívají v oblečení, které má lidi ochránit před velkým horkem nebo chladem, nebo v lékařských zařízeních, kde je potřeba udržovat léky nebo například orgány určené k transplantaci v nějakém rozmezí teplot.
V kosmickém materiálu má využití takových látek ještě mnohem větší logiku. Například při výstupech do volného kosmu může teplota být -150 °C, ale také přes 100 °C podle toho, zda se stanice a astronauti nachází na straně planety osvícené Sluncem či v jejím stínu. Materiál, který dokáže ukládat přebytečné teplo, když je teplota příliš vysoká, a pak je uvolňovat ve chvíli, když teplota klesne, mají zjevně svou cenu.
Vylepšení
Není náhodou, že výzkum PCM materiálů se hodně zrychlil právě díky kosmickému výzkumu už v druhé polovině 20. století. Ale stále je co zlepšovat. Otázkou je například, jaké materiály vlastně pro daný účel zvolit – což byl také přesně ten úkol, při jehož řešení „Billu“ Maovi opakovaně chladla jeho káva.
Přecházet z kapalného do pevného stavu a zpátky ve správném rozsahu teplot (což je vlastně celý „trik“ PCM materiálů), zvládne řada látek. Jenže aby to fungovalo spolehlivě a bezpečně, hlavně v náročných podmínkách vesmíru, je potřeba něco víc.
Například voda, kterou často používáme k akumulaci tepla v pozemských podmínkách, není rozhodně ideální. Když totiž zmrzne, rozpíná se, což by ve vesmíru mohlo způsobit prasknutí nádrží nebo potrubí. Pak tu máme materiály jako parafínový vosk nebo různé chladicí kapaliny, které sice dokážou dobře udržet teplotu, ale jsou pro lidi toxické. Kdyby něco z toho uniklo ve skafandru nebo prostoru kosmické lodi, šlo by o smrtelně nebezpečnou a těžko řešitelnou situaci.
Odborníci z Missouri ve spolupráci s kolegy přišli nakonec s nápadem použít látku na biologické bázi. Konkrétně použili látku velmi podobnou včelímu vosku, ovšem vyrobenou ze sóji. Směs má skvělé izolační vlastnosti, a navíc je bezpečná, což je pro vesmírnou misi klíčové. Bude se používat v chladícím systému vesmírné lodi Orion, která má znovu dopravit člověka na Měsíc.
Ale zatímco Orion na svůj start teprve čeká, sójová hmota pod označením HeatZorb má svou praktickou premiéru už dávnou za sebou. Právě tato látka byla totiž hlavní tajnou ingrediencí pro onen šálek, který profesor Mao dostal od svého týmu.
Jeho princip je naprosto jednoduše představitelný: v podstatě jde o hrnek s dvojitou stěnou. V prostoru uprostřed se nachází sójový „zázrak“. Když do hrnku nalije horká káva, materiál se rozpustí, a přitom pohltí přebytečné teplo. Káva tak rychle dosáhne příjemné teploty pro konzumaci. A když čokoláda začne chladnout, začne sójový „vosk“ znovu tuhnout, a přitom vrací teplo zpátky do kávy, takže zůstala déle teplá.
Ma s kolegy byly toho názoru, že tenhle „trik“ by mohl mít úspěch. V roce 2018 se tak na trh dostal první speciální hrnek „Burnout Mug“. Už z něj nezmizel a káva, která si udrží ideální teplotu, i když na ni na chvíli zapomenete, přestala být výsadou zapomětlivých inženýrů a fyziků pracujících pro NASA.