Auf der Höhe der ISS gibt es keine schützende Athmosphäre. Dort fallen täglich Abertausende von Meterioten ein, ganz winzige, aber auch größere, durchaus im Zentimeterbereich.
Wie soll die ISS diesen Meteroiten standhalten ?
Nehmen wir als kleinen Meteorit eine Eisenkugel mit Radius 3cm an.
Und einer mittleren Geschwindigkeit von v=40 km/s
(ja, Kilometer pro Sekunde)
Die Berechnungen zeigen, dass die Durchdringungstiefen für Aluminium und Kevlar 3560 m bzw. 1424 m betragen. (Die Hülle der ISS besteht aus ca. 15 cm Dicken Alu und Kevlar Schichten)
Das hält die dünne Hülle der ISS niemals aus, die würde täglich von zig Meteoriten durchlöchert werden.
Die Energie des obigen Meteoriten entsprechen überigens der Explosionsenergie von 170 kg TNT (ein Sprengstoff)
Hier ist die Berechnung:
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Um die kinetische Energie einer Kugel mit einem Radius von 3 cm (entsprechend 0,03 m) und einer Geschwindigkeit von 40 km/s (entsprechend 40,000 m/s) zu berechnen, gehen wir wie folgt vor:
Berechnung des Kugelvolumens:
V=43πr3V=34πr3
V=43π(0.03 m)3V=34π(0.03 m)3
V≈1.131×10−4 m3V≈1.131×10−4 m3
Berechnung der Kugelmasse:
Angenommen, die Kugel besteht aus Eisen mit einer Dichte von ρ=7874ρ=7874 kg/m³:
m=ρ⋅Vm=ρ⋅V
m=7874 kg/m3×1.131×10−4 m3m=7874 kg/m3×1.131×10−4 m3
m≈0.89 kgm≈0.89 kg
Berechnung der kinetischen Energie:
E=12mv2E=21mv2
E=12×0.89 kg×(40,000 m/s)2E=21×0.89 kg×(40,000 m/s)2
E=12×0.89×1.6×109 m2/s2E=21×0.89×1.6×109 m2/s2
E≈712×106 JE≈712×106 J
E≈712,000,000 JouleE≈712,000,000 Joule
Umrechnung in TNT-Äquivalent:
Die spezifische Energie von TNT beträgt 4.1844.184 MJ/kg oder 4.184×1064.184×106 Joule/kg.
Menge TNT=712,000,000 J4.184×106 J/kgMenge TNT=4.184×106 J/kg712,000,000 J
Menge TNT≈170 kg TNTMenge TNT≈170 kg TNT
Die kinetische Energie einer Eisenkugel mit einem Radius von 3 cm und einer Geschwindigkeit von 40 km/s entspricht etwa 170 kg TNT.
Durchdringung durch 15 cm dicke Wand (Aluminium und Kevlar)
Um zu überprüfen, ob diese Energie eine 15 cm dicke Wand durchdringen kann, verwenden wir die zuvor angegebenen spezifischen Durchdringungsfähigkeiten.
Aluminium: σAl≈200σAl≈200 kJ/m².
Kevlar: σKevlar≈500σKevlar≈500 kJ/m².
Berechnung der Durchdringungstiefe:
Aluminium:
RAluminium=712,000,000 J200,000 J/m2RAluminium=200,000 J/m2712,000,000 J
RAluminium=3560 mRAluminium=3560 m
Kevlar:
RKevlar=712,000,000 J500,000 J/m2RKevlar=500,000 J/m2712,000,000 J
RKevlar=1424 mRKevlar=1424 m
Die Berechnungen zeigen, dass die Durchdringungstiefen für Aluminium und Kevlar 3560 m bzw. 1424 m betragen.
Aber nur bei idealen Gasen. Bei Flüssigkeiten und Festkörpern gilt das nicht. Da spielen auch die potenzielllen Energien zwischen den Teilchen eine Rolle.