Innspace

Blog

  • Zobaczyć niezauważalne – o obrazowaniu w astronomii.

    Zobaczyć niezauważalne – o obrazowaniu w astronomii.

    Artykuł przygotował członek zespołu Innspace w ramach współpracy z marką HOYA

    Zmysł wzroku, czyli zdolność do odbioru bodźców wywołanych przez światło oraz ocena jego własności (odczuwana przez nas jako jasność, kolor oraz jego natężenie), stanowi dla nas kompleksowe narzędzie dostarczające wielu informacji. Nie tylko ułatwia nam codzienne funkcjonowanie, ale stanowi również cenny instrument służący nam w poznawaniu i wyjaśnianiu otaczających nas zjawisk i obiektów. 

    Artykuł przygotował członek zespołu Innspace w ramach współpracy z marką HOYA
    Autor: Dominik Tokarz

    Zakres widzialny. (© Sara Dickherber / Washington University)

    Wzrok człowieka wyewoluował do postrzegania otoczenia w określonym spektrum promieniowania elektromagnetycznego, zwanym światłem widzialnym. Zrozumienie budowy światła pozwoliło nam zrozumieć, jak wiele może umykać naszej zdolności widzenia, jednocześnie otworzyło w wielu dziedzinach życia, również w astronomii, furtkę, aby zobaczyć więcej i dalej. 

    Obserwując piękne obrazy obiektów kosmicznych dostarczane przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a lub obserwatoria naziemne wiele osób zapewne zastanawia się, w jakiś sposób zostały one wykonane. Niejednokrotnie pojawiają się również zarzuty o fotomontaże wynikające najprawdopodobniej z niezrozumienia, dlaczego widzimy i jak w ogóle działa zmysł wzroku, a po drugie jak adaptujemy informacje zebrane przez teleskopy i po co to w ogóle robimy (warstwa estetyczna nie jest jedyną korzyścią takiej obróbki danych). Dysonans może być podbijany przez fakt, że człowiek obserwując obiekty kosmiczne własnym okiem, nieuzbrojonym lub uzbrojonym w lornetkę czy teleskop, widzi je często skrajnie inaczej niż z obrazów dostarczanych przez agencje kosmiczne i instytucje naukowe. Zobaczymy jedynie to, co jest dla nas dostępne w świetle widzialnym, a informacja o kolorze i jego natężeniu często jest zatracana przez niskie rozdzielczości, jakość stosowanej optyki oraz zmiany, jakim poddane zostało obserwowane światło przechodząc przez atmosferę. Finalnie obserwujemy najczęściej płaski obraz w skali szarości. Aby zobaczyć więcej, potrzebujemy analizy i obróbki światła wpadającego w lustra teleskopów.

     Astronomowie i ludzie analizujący zebrane dane, korzystają nie tylko ze spektrum widzialnego, ale i również z zakresu radiowego, podczerwieni, ultrafioletu czy wysokoenergetycznych promieni Roetgena oraz gamma, aby zobrazować i uchwycić gwiazdy, planety i ich księżyce, zjawiska w przestrzeni (jak rozbłyski czy kosmiczne jety), a nawet największe struktury naszego Wszechświata: galaktyki, gromady i supergromady. Obserwowanie tego samego obiektu w różnych zakresach światła pozwala nam „rozłożyć” obiekt na warstwy i często zrozumieć zjawiska w nim zachodzące, pozwala również zauważyć obszary schowane w pyle mgławic, uniemożliwiając bezpośrednią obserwację w świetle widzialnym.

     

    Mgławica Kraba obserwowana w różnych zakresach spektrum (©Radio from NRAO; visible from Malin/Pasachoff/Caltech; ultraviolet from Hennessy et al, 1992, ApJL; X-ray from CXC)

    Na przykładzie obserwacji Mgławicy Kraba – wykorzystując zakres radiowy możemy dowiedzieć się o rozkładzie pól magnetycznych, a zakres widzialny pozwala nam zlokalizować wodór i wolne elektrony. Ultrafiolet mówi o chłodniejszych elektronach, natomiast promienie Roentgena przeciwnie, o tych najgorętszych, ujawniających najbardziej energetyczne zjawiska i obiekty. 

     

    Aby wydobyć pełnie informacji, oprócz zebrania danych i ich ewentualnego zobrazowania, jak w przykładzie wyżej, przedstawiającym Mgławicę Kraba, można wykorzystać wszystkie rejestrowane spektra i złożyć je w wręcz artystyczną wizję. Takie dzieła niekoniecznie stanowią idealny materiał do analizy naukowej, ale są świetnym sposobem popularyzacji astronomii i nauk skupionych wokół badania i eksploracji kosmosu zachwycając, ukazują też możliwości nowoczesnych instrumentów i technik obróbki. Na tapetę wezmę tutaj słynny obraz mgławicy Messier 17 wykonany przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a.  

     

    Mgławica Messier 17 (©ESA, NASA and J. Hester (Arizona State University)

    Poniższy kolaż przedstawia w jaki sposób obrazy, takie jak przedstawiony wyżej, są uzyskiwane. Rejestrowane światło przepuszczane jest poddawane obróbce spektroskopem w poszukiwaniu interesujących nas pierwiastków i związków chemicznych. Zestawienie 1 przedstawia siarkę (kolor czerwony), 2 – Wodór (kolor zielony), 3 – tlen (kolor niebieski). Zestawienie 4 jest pierwszą kompozycją wcześniej zarejestrowanych obrazów z nałożeniem przypisanych im kolorów identyfikacyjnych. W pozostałych etapach następuje obróbka graficzna modyfikująca pierwszą kompozycję, aby uzyskać najlepszy jakościowo i wizualnie efekt, braki w postaci niezarejestrowanych obszarów mogą zostać uzupełnione, aby dopełnić finalny kadr.

    Tak powstają obrazy obiektów kosmicznych, z którymi stykamy się później w książkach i innych materiałach. Jak widać, ogromna ilość informacji unika naszemu oku!

     

    Sekwencja produkcji obrazu Mgławicy Messier 17 (©ESA, NASA and J. Hester (Arizona State University)
  • Wyścig Kosmiczny 2.0

    Wyścig Kosmiczny 2.0

    Wyścig Kosmiczny miał miejsce w latach 1957 – 1975. Polegał na współzawodnictwie Stanów Zjednoczonych i ZSRR w eksploracji kosmosu. Rozpoczął się 4 października 1957, kiedy Związek Radziecki wyniósł na orbitę pierwszego sztucznego satelitę Ziemi – Sputnika 1. 

    Nikodem Drąg

    Trochę historii – wyścig mocarstw

    W kolejnych latach oba państwa prześcigały się w wynoszeniu kolejnych satelitów oraz robieniu zdjęć z przestrzeni kosmicznej. W 1961 roku Jurij Gagarin, pułkownik Radzieckich Sił Powietrznych, wyruszył w najważniejszą podróż swojego życia. 12 kwietnia o godzinie 6:07 UTC  wystartował statkiem Wostok 3KA z kosmodromu Bajkonur w Kazachstanie. Po locie trwającym 108 minut, Gagarin wrócił na Ziemię. Stał się pierwszym człowiekiem w przestrzeni kosmicznej i pierwszym sowieckim kosmonautą. 

    W 1969 roku miało miejsce wydarzenie, które na żywo oglądało 650 milionów ludzi na całym świecie. 16 lipca o godzinie 13:32 UTC, z Centrum Kosmicznego Johna F. Kennedy’ego, znajdującego się na Merritt Island w stanie Floryda, wystartowała rakieta Saturn V rozpoczynając misję Apollo 11. Na jej pokładzie znajdowali się trzej astronauci: Neil Armstrong, Buzz Aldrin i Michael Collins. Po ponad 4 dniach lotu, 20 lipca astronauci wylądowali na Księżycu. 21 lipca o godzinie 2:56 UTC, Armstrong wyszedł z lądownika na powierzchnię Srebrnego Globu i powiedział: „To jeden mały krok dla człowieka, ale wielki skok dla ludzkości”. Z „Orła” wyszedł również Aldrin. Wspólnie wykonali różne badania, ustawili amerykańską flagę oraz pobrali próbki kamieni, piasku i pyłu. Po 8 dniach w kosmosie astronauci powrócili na Ziemię. 24 lipca o godzinie 16:50 UTC wodowali  na Oceanie Spokojnym.

    Kosmiczna rywalizacja ostatecznie zakończyła się w 1975 roku wraz z uruchomieniem wspólnego projektu Sojuz – Apollo. Misja rozpoczęła się 15 lipca i obejmowała połączenie na orbicie  amerykańskiej kapsuły Apollo i Radzieckiej kapsuły Sojuz 19. 17 lipca w przestrzeni kosmicznej miał miejsce historyczny uścisk dłoni pomiędzy Staffordem i Leonowem, dowódcami misji.

    Załoga Apollo 11 źródło wikipedia.org
    Jurij Gagarin źródło: wikipedia.org

    Teraźniejszość – wyścig miliarderów

    W XXI wieku zaczął się kolejny wyścig kosmiczny. Tym razem nie biorą w nim udziału państwa, tylko trzy pozarządowe przedsiębiorstwa: Blue Origin, Virgin Galactic i SpaceX.

    Blue Origin – przedsiębiorstwo przemysłu kosmicznego założone w 2000 przez Jeffa Bezosa z wizją stworzenia przyszłości, w której miliony ludzi będą żyć i pracować w przestrzeni kosmicznej.  Obecnie celem firmy są załogowe loty suborbitalne, które będą wykonywane przez rakietę nośną New Shepard. Po pionowym starcie i osiągnięciu odpowiedniej wysokości, kapsuła załogowa odłącza się od rakiety, która wraca na Ziemię. Po kilku minutach w przestrzeni kosmicznej kapsuła ponownie przekracza granicę atmosfery i ląduje przy pomocy spadochronów.  Blue Origin również pracuje nad załogowym systemem orbitalnym New Glenn oraz lądownikiem księżycowym.

    New Shepard źródło Blue Origin

    Virgin Galactic – część Virgin Group, której założycielem jest Richard Branson. Firma została założona w 2004 roku i ma się skupiać na lotach suborbitalnych i turystyce kosmicznej. Do lotów tych służy rakietoplan VSS Unity, który w początkowej fazie lotu jest wynoszony na odpowiednią wysokość za pomocą samolotu transportowego WhiteKnightTwo. Na końcu lotu VSS Unity ląduje tak samo jak zwykły samolot.

    SpaceShipTwo źródło: VirginGalactic

    SpaceX – przedsiębiorstwo przemysłu kosmicznego, założone w 2004 roku przez Elona Muska. Firma zajmuje się budową silników rakietowych, rakiet nośnych oraz statków kosmicznych. Na swoim koncie ma już wiele udanych misji, takich jak wynoszenie satelitów na orbitę czy wysyłanie ładunków oraz ludzi na Międzynarodową Stację Kosmiczną. Najciekawszym i najambitniejszym planem Muska jest kolonizacja Marsa. Obecnie, pierwszy załogowy lot na Czerwoną Planetę jest planowany na rok 2026.

    Starship źródło: SpaceX

    W tym roku cały świat mógł się przekonać o tym, że naprawdę jesteśmy świadkami wyścigu. Po tak wielu latach działalności firm Virgin Galactic i Blue Origin, ich pierwsze loty turystyczne odbyły się w odstępie dziewięciu dni. 11 lipca Richard Branson wraz z trzema pasażerami wzniósł się na wysokość 86km co według NASA można już zaklasyfikować jako kosmos. 20 lipca Jeff Bezos, również z trzema pasażerami przekroczył Linię Kármána, która jest umowną granicą pomiędzy atmosferą Ziemi i przestrzenią kosmiczną, przyjętą przez Międzynarodową Federację Lotniczą. Ich lot osiągnął wysokość 107km n.p.m.  

    Działalność SpaceX różni się od pozostałych dwóch firm. Pomimo planów związanych z  kosmiczną turystyką, do tej pory Musk skupiał się głównie na budowie serii rakiet, statków kosmicznych,  satelitów Starlink oraz na kontraktach rządowych. W kwietniu tego roku jego firma zdobyła kontrakt NASA na budowę lądownika księżycowego dla programu Artemis.

    Przyszłość

    Rozwój technologii pozwala nam na coraz ambitniejsze plany związane z eksploracją kosmosu, ale ciężko dokładnie przewidzieć jak będzie wyglądała przyszłość. Jednak obserwując obecny wyścig kosmiczny, na co kiedyś mogły sobie pozwolić jedynie organizacje rządowe, możemy być pewni, że będzie naprawdę ciekawie. 

  • Obrona planetarna – Zagrajmy w DARTa

    Obrona planetarna – Zagrajmy w DARTa

    Definicja asteroidy ustalona na (nie)sławnym zgromadzeniu Międzynarodowej Unii Astronomicznej w 2006 roku (International  Astronomical  Union,  2006), na której zdegradowano Plutona z kategorii planety, nie określa jednoznacznie, co uznajemy za takie obiekty. W gruncie rzeczy dowolny obiekt w postaci ciała stałego, który nie jest planetą, znajduje się na orbicie wokół Słońca i nie wytworzył łańcucha, możemy nazwać asteroidą. Biorąc pod uwagę jak szeroka jest to definicja, naturalnym jest, że ta kategoria ciał niebieskich zawiera w sobie obiekty często diametralnie różniące się pod względem wielkości, składu i regionów występowania w Układzie Słonecznym (Lissauer & de Pater, 2013)

    Aleksander Fiuk

    Zapomniane asteroidy

    Niegdyś zapomniane i traktowane jako naukowo mniej intrygujące niż te największe ciała niebieskie, przez ostatnie dekady asteroidy zyskiwały na uwadze astronomów i astrofizyków, by dzisiaj znaleźć się w blasku reflektorów jako potencjalni strażnicy tajemnic powstania Układu Słonecznego. Ze względu na (często) małą masę, a co się z tym wiąże – słabe oddziaływanie grawitacyjne, wiele asteroid nie jest w stanie pokonać sił spójności i ukształtować się w kuliste obiekty. To oraz brak mechanizmów ochronnych, takich jak np. pole magnetyczne lub atmosfera  (Lissauer & de Pater, 2013; Hapke, 2001; Bakhtiyarov,2015), sprawiają, że poza zniszczoną kosmicznym środowiskiem powierzchnią, asteroidy mogą przetrwać miliardy lat w z grubsza niezmienionej formie i kompozycji (Dymock, n.d.), a więc dostarczyć nam wiedzy o początkach Układu Słonecznego. To właśnie dlatego w ostatnich latach obserwujemy rosnącą liczbę misji robotycznych kierowanych na te interesujące kawałki skał dryfujące przez pozorną pustkę Układu Słonecznego. Misje takie jak Hayabusa, Hayabusa 2, OSIRIS-REx, DIXI/EPOSI, czy Rosetta to tylko garstka przykładów wypraw na małe ciała w Układzie Słonecznym, które z jednej strony nie zawodzą w dostarczaniu odpowiedzi na dręczące astrofizyków pytania, lecz równie często wprawiają naukowców w zaskoczenie i rodzą jeszcze większą ciekawość przeszłością naszego kosmicznego domu (ESA, n.d.; NASA, n.d.). 

    Asteroidy – źródło zagrożeń

    Asteroidy to nie tylko eksponaty zakonserwowane na swych okołosłonecznych orbitach, lecz również potencjalne źródło zagrożeń dla Ziemi i wszystkich żyjących na niej istot. Pośród obiektów z grupy NEA (ang. Near-Earth Asteroid), czyli asteroid których orbity znajdują się w sąsiedztwie Ziemi, można wyszczególnić tzw. potencjalnie zagrażające asteroidy – PHA (ang. Potentially Hazardous Asteroid) (Dymock, n.d.; McFadden & Binzel, 2006). PHA cechują się tym, że ich orbity mają szansę przeciąć się z trajektorią ruchu Ziemi przy założeniu błędu do 0.05 AU (jednostki astronomicznej). Na chwilę obecną znamy niemal 160 obiektów PHA, których średnica wynosi przynajmniej kilometr (Center forNear Earth Object Studies, Jet Propulsion Laboratory, NASA, n.d.). . Są to ciała, które mogą spowodować olbrzymie zniszczenia lub – w zależności od masy, rozmiaru i trajektorii potencjalnego zderzenia – doprowadzić do kolejnego wielkiego wymierania gatunków. Dla przykładu, prawdopodobieństwo zderzenia z asteroidą większą niż 10km średnicy w danych roku szacuje się na około 0.000001%  (Center forNear Earth Object Studies, Jet Propulsion Laboratory, NASA, n.d.; Dymock, n.d.), co jako wartość bezwzględna jest niesłychanie nikłą szansą, jednak czy jako wysoce rozwinięta cywilizacja chcemy zagrać w tę loterię?

    Orbity PHA
    źródło: nasa.gov

    Obrona planetarna

    Istnieje grupa ludzi, którzy zawodowo zajmują się problemami zagrożenia z kosmosu, a dziedzinę nauki, która traktuje o wszelkich ich aspektach, nazywa się terminem zbiorowym “obrony planetarnej”. Poza prowadzeniem aktywności związanej z obserwacją, katalogowaniem i określaniem stopnia potencjalnego zagrożenia ze strony danych obiektów (np. PHA), naukowcy zajmujący się tą dziedziną opracowują technologie, które mogłyby umożliwić zmniejszenie ryzyka lub zredukowanie negatywnych efektów hipotetycznego uderzenia. Techniki obrony przed uderzeniem można podzielić na te posiadające natychmiastowe skutki oraz takie, których efekt końcowy przychodzi z opóźnieniem. Do technik o natychmiastowych rezultatach należą m.in. uderzenie kinetyczne oraz zastosowanie ładunku nuklearnego (Dymock, n.d.; Dearborn & Miller, 2015). Uderzenie kinetyczne polega na wykorzystaniu masywnego pojazdu kosmicznego i za jego pomocą zepchnięcie asteroidy z jej trajektorii na taką, która minie Ziemię w bezpiecznej odległości. Ładunek nuklearny może natomiast zostać użyty zarówno do zepchnięcia asteroidy z zagrażającego Ziemi kursu, jak i do rozbicia obiektu na wiele mniejszych, które częściowo mogłyby naszą planetę ominąć, a częściowo ulec spaleniu w atmosferze. Do drugiej kategorii należą takie techniki, jak laserowa ablacja materiału asteroidy, traktor grawitacyjny, umocowanie silnika rakietowego na powierzchni obiektu lub wykorzystanie ciśnienia promieniowania. Pierwsza z wymienionych technologii polega na wykorzystaniu skupionej wiązki promieniowania do stopniowego zmniejszania masy asteroidy, natomiast pozostałe trzy polegają na powolnej modyfikacji trajektorii obiektu za pomocą, kolejno, zastosowaniu masywnego pojazdu kosmicznego, by przez długi czas działać na asteroidę jego słabym polem grawitacyjnym, zepchnięciu asteroidy przy użycia silnika rakietowego lub wykorzystaniu technologii żagli słonecznych do wytworzenia znikomej, lecz oddziałującej przez długi okres siły. Wymienione techniki obrony planetarnej nie stanowią kompletnego spisu wszystkich rozpatrywanych możliwości poradzenia sobie z potencjalnym zagrożeniem, lecz nie jest celem tego tekstu dogłębna ich analiza. Żadna z wymienionych technologii nie jest na tyle dojrzała, byśmy mogli ją zastosować w razie pojawienia się zagrożenia (Delchambre et al., 2018; Dearborn & Miller, 2015), jednakże największe nadzieje budzi w środowisku naukowym możliwość zastosowania impaktora w scenariuszu uderzenia kinetycznego. To właśnie ta technologia jako pierwsza zostanie wkrótce zademonstrowana w małej skali przez łączoną misję dwóch agencji kosmicznych, NASA i ESA.

    Liczba znanych NEA w czasie, źródło: https://cneos.jpl.nasa.gov/

    Misja AIDA

    Misja AIDA (ang. Asteroid Impact and Deflection Assessment) składa się z dwóch segmentów: DART oraz Hera. DART jest impaktorem tworzonym przez NASA we współpracy z John Hopkins University, który zostanie wyniesiony na okołosłoneczną orbitę już jesienią tego roku, a we wrześniu 2022 dotrze do celu swojej podróży – układu podwójnego asteroid Didymos (Applied Physics Laboratory, John Hopkins University, n.d.). Pojazd uderzy w mniej masywne z ciał – w ten sposób względnie mały pęd DARTa będzie mógł spowodować obserwowalną zmianę w zachowaniu układu podwójnego, taką jak zamiana okresu obiegu wspólnego środka ciężkości lub zmianę rotacji mniejszego z ciał (Applied Physics Laboratory, John Hopkins University, n.d.). Konstruowana przez ESA Hera wyruszy w swoją podróż w 2024 roku i dotrze do Didymosa w 2027. Sonda nie zderzy się jednak z żadnym z ciał układu podwójnego, lecz wejdzie na orbitę Didymosa i przez zbada zarówno skutki zderzenia jednego z ciał z DARTem, jak i właściwości fizykochemiczne materiałów tworzących ten układ (Safety & Security, European Space Agency, n.d.-b,-a). Każda misja na asteroidę lub inne małe obiekty jest niesłychanie skomplikowana ze względu na ogromne niepewności związane z trajektorią oraz lokalnym środowiskiem celu danej wyprawy. Planowanie misji DART jest natomiast o poziom trudności wyżej ze względu na precyzję obliczenia trajektorii wymaganą do efektywnego uderzenia jednej z asteroid oraz prędkość względną impaktora wobec układu, która w momencie zderzenia będzie wynosiła kilka kilometrów na sekundę. Te dwa czynniki razem czynią układ nawigacyjny DARTa największym wyzwaniem dla kontruktorów, od którego w pierwszej kolejności zależy sukces misji.

     

    Daleko nam, jako cywilizacji, do przeprowadzania misji ratujących ludzkość rodem z “Armageddonu”. Jednakże żyjemy w tak interesującym czasie, że być może będziemy świadkami powstania technologii obronnych, które chroniłyby całą planetę. Miejmy jednak nadzieję, że nie będzie potrzeby z nich korzystać zbyt prędko.

    Poster DART źródło: nasa.gov
    Źródła:
    Applied Physics Laboratory, John Hopkins University. (n.d.). Double Asteroid Redirection Test, Mission Overview. Retrieved 20-11-2020, fromhttps://dart.jhuapl.edu
    Bakhtiyarov, S. I.  (2015).  Earth’s Natural Protective System: Van Allen Radiation Belts.  In Handbook of cosmic hazards and planetary defense. Springer International Publishing. doi: 10.1007/978-3-319-03952-7
    Center for Near Earth Object Studies, Jet Propulsion Laboratory, NASA.  (n.d.).Discovery Statistics. Retrieved 19-11-2020, from https://cneos.jpl.nasa.gov/stats/totals.html
    Dearborn, D. P. S., & Miller, P. L.  (2015).  Defending Against Asteroids and Comets.  In Handbook of cosmic hazards and planetary defense. Springer International Publishing.  doi: 10.1007/978-3-319-03952-7
    Delchambre,   S.,   Ziegler,   T.,   Falke,   A.,   &   Janschek,   K.(2018).Momentum   enhancement   factor   estimation   for   asteroid   redirect   missions. Acta Astronautica,151(June),   125–136.    Retrieved  from https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2018.05.050doi:10.1016/j.actaastro.2018.05.050
    Dymock, R. (n.d.). Asteroids and Dwarf Planets and How to Observe Them. 
    ESA.   (n.d.).   Missions  to  Asteroids. In ESA Science & Technology. Retrieved  20-11-2020,  from https://sci.esa.int/web/rosetta/-/54342-missions-to-asteroids
    Hapke, B. (2001). Space weathering from Mercury to the asteroid belt. Geology,106(E5), 10039–10073.Retrieved from http://doi.wiley.com/10.1029/2000JE001338
    International Astronomical Union. (2006). IAU 2006 General Assembly: Result of the IAU Resolution votes. Retrieved from https://www.iau.org/news/pressreleases/detail/iau0603/
    Lissauer, J., & de Pater, I. (2013).Fundamental Planetary Science: Physics, Chemistry and Habitability. Cambridge University Press. doi: 10.1017/9781108304061
    McFadden, L. A., & Binzel, R. P.  (2006).  Near-Earth Objects.  In Encyclopedia of the solar system. Elsevier Science.
    NASA.(n.d.).Missions to Asteroids. In NASA    Space   Science   Data   Coordinated   Archive.Retrieved20-11-2020, from https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/planets/asteroidpage.html
    Safety & Security, European Space Agency. (n.d.-a).Hera, Bonus Science. Retrieved 20-11-2020, fromhttps://www.esa.int/SafetySecurity/Hera/Bonusscience
    Safety & Security, European Space Agency.   (n.d.-b).The story so far. Retrieved 20-11-2020, fromhttps://www.esa.int/SafetySecurity/Hera/T hestorysofa
  • Meteor Scatter czyli jak odbić sygnał radiowy od meteoru.

    Meteor Scatter czyli jak odbić sygnał radiowy od meteoru.

    Dla miłośników obserwacji nieba sierpień kojarzy się przede wszystkim z maksimum aktywności roju Perseidów. Jako że jest to jeden z najbardziej aktywnych rojów, w dodatku mający miejsce w trakcie wakacyjnych, ciepłych nocy, skupia on na obserwacjach nie tylko zadeklarowanych fanatyków astronomii, ale również wielu okazjonalnych obserwatorów.

    Autor: Kacper Kidała SP8ESA

     

    Nie tylko smugi światła

    Okazuje się jednak, że poza spektakularnymi smugami światła, zjawiska te mają też inną ciekawą właściwość – rozpraszają i odbijają fale radiowe. Obszary w wysokiej atmosferze (dziesiątki – setki km), przez które przelatują drobiny materii jonizując się, stają się strefą rozpraszającą fale radiowe, co umożliwia propagację na duże odległości.

    Meteor Scatter wykorzystywany jest przede wszystkim przez krótkofalowców, chociaż istnieją również zastosowania militarne i naukowe. Propagacja przez odbicie od meteoru jest bardzo specyficzna, trwa najczęściej od ułamka sekundy do kilku sekund. Implikuje to użycie przystosowanych do tego celu emisji cyfrowych, chociaż możliwa jest również praca fonią SSB podczas bardzo intensywnych maksimów. Podczas pracy MS stosuje się sztuczki takie jak przyspieszanie sygnału i używanie szybszych transmisji telegraficznych, aby zmieścić transmisję w trakcie krótkiego otwarcia.

    Anteny kierunkowe

    Odbity sygnał

    Zjawisko jest tym ciekawsze, że można takie odbicia odbierać bez specjalistycznego sprzętu, używając „zwykłego” odbiornika UKF FM działającego w zakresie 88 MHz-108 MHz. W tym celu najlepiej użyć radia posiadającego cyfrową skalę częstotliwości, unikamy w ten sposób ustawienia się między kanałami co wyraźnie ułatwia proces. Oczywiście warto wyposażyć się w dostrojoną, skuteczną antenę, jednak nasłuchy MS są możliwe na odbiornikach samochodowych, a nawet radiach wbudowanych w smartfona. Ustawiamy odbiornik na kanał, który nie jest zajęty przez lokalne rozgłośnie (czyli powinniśmy słyszeć szum) i czekamy na sygnał. Po wystąpieniu meteoru w odbiorniku usłyszymy sygnał będący mieszanką wielu odległych rozgłośni radiowych, w przypadku dłuższych otwarć można czasem usłyszeć jak zmieniają się warunki propagacyjne, poszczególne sygnały naprzemiennie wzmacniają się i słabną. Otwarcia mogą trwać do kilku sekund (ping), a nawet minut (burst).

    Sygnał radaru GRAVES odbity od meteoru, odebrany przez Krzysztofa SQ3DHO

    Sierpień, najlepsza pora na kontakt

    Nasłuchy MS warto połączyć z wizualną obserwacją meteorów, często można wówczas przyporządkować konkretne odbicie z obserwacją wizualną, chociaż z reguły więcej słychać niż widać. MS pozwala na nawiązywanie łączności na znaczne odległości, nawet ponad 2000 km.

    Ostatnia okazja do nasłuchu sygnałów odbitych od meteorów miała miejsce w trakcie maksimum aktywności roju Perseidów czyli 13 sierpnia. Najbliższą okazją, aby spróbować swoich sił i odbić sygnał od meteoru, to pierwszy tydzień stycznia, podczas roju Kwadrantydów.  

  • Kobieta w kosmosie — Program Mercury 13

    Kobieta w kosmosie — Program Mercury 13

    16 czerwca 1963 roku Valentina Tereshkova zapisała się na kartach historii jako pierwsza kobieta w kosmosie. W przestrzeni kosmicznej spędziła niecałe 3 dni, okrążając w tym czasie Ziemię 48 razy. W tym samym czasie, w Stanach Zjednoczonych, 13 kobiet uważnie przyglądało się jej poczynaniom. Gdyby program, w którym brały udział, zakończył się powodzeniem, historia lotów kosmicznych kobiet mogłaby wyglądać inaczej. 

     

    Autor: Koleta Dorosiewicz

    Powstanie programu „Kobieta w kosmosie”

    4 października 1957 roku jest datą niezwykle istotną dla przemysłu kosmicznego. To właśnie tego dnia ZSRR, wysyłając pierwszego sztucznego satelitę – Sputnika 1, rozpoczęło tzw. wyścig kosmiczny. Wydarzenia, które miały wtedy miejsce na zawsze odmieniły losy ludzkości. Szereg zmian, które zaczęło wprowadzać USA, doprowadziły do powstania w 1958 roku NASA – Narodowej Agencji Aeronautyki  i Przestrzeni Kosmicznej. Przez kolejne lata oba kraje szykowały przyszłych kosmonautów do podróży kosmicznych, badając granicę ich wytrzymałości fizycznej oraz psychicznej. NASA wyznaczyło Williama Randolpha Lovelace jako osobę odpowiedzialną za opracowanie serii testów i przygotowanie medyczne, których przejście pozwalało wziąć udział w programie Mercury – pierwszym amerykańskim programie kosmicznych lotów załogowych. Jednym z wymogów, które musiał spełniać kandydat, było posiadanie kwalifikacji na odrzutowce. W tych latach kobiety miały zakaz pilotowania myśliwców, co skreślało je ze wzięcia udziału w programie. Lovelace uważał, że kobiety mają cechy fizyczne i psychiczne odpowiedniejsze do lotów w kosmos, dlatego też w 1960 roku powołał do życia program „Kobieta w Kosmosie”. Zaprosił 25 najlepszych pilotek z kraju do wzięcia udziału w serii badań, które pozwalały zweryfikować ich predyspozycje do przyszłych misji. Były to dokładnie te same badania, które przeszli astronauci NASA. 

    Przebieg programu Mercury 13

    By zakwalifikować się do programu, kobiety musiały mieć mniej niż 35 lat, wykazywać się dobrym zdrowiem, mieć czteroletnie wykształcenie wyższe, posiadać co najmniej Licencje Pilota Zawodowego i mieć wylatane min. 2 tysiące godzin. Pierwszą osobą zakwalifikowaną do programu Lovelace’a została Geraldyn „Jerrie” Cobb. Przygotowane testy przeszły również: Myrtle K Cagle, Janet Dietrich, Marion Dietrich, Wally Funk, Sarah Lee Gorelick, Jane “Janey” Briggs Hart, Jean Hixson, Rhea Woltman, Gene Nora Stumbough, Irene Leverton, Jerri Sloan i Bernice Steadman.  

    Pierwsza faza była serią wyczerpujących testów fizycznych i egzaminów. Odbyła się ona w Albuquerque, gdzie robiono m.in. pełne prześwietlenia, badania ginekologiczne, elektrokardiogramy (EKG) do pomiaru tętna, elektroencefalogramy (EEG) do pomiaru aktywności mózgu, inne badania neurologiczne, badania płuc, czy testy pojemności tlenowej. Ta faza trwała 5 dni.

    Druga faza testów, w Oklahoma City, obejmowała badania psychologiczne, testy osobowości, dodatkowe badania neurologiczne oraz testy izolacyjne. Kandydatki m.in. zanurzono w komorze deprywacji sensorycznej. Jerrie Cobb wytrzymała w zbiorniku dziewięć godzin. Dla porównania najlepszym wynikiem wśród mężczyzn było sześć godzin, po tym czasie kandydat zaczął majaczyć. 

    Ostatnia faza składała się z symulacji lotu w mieście Pensacola na Florydzie. Kandydatki miały po raz pierwszy w życiu polecieć odrzutowcami oraz odbyć trening obciążeniowy. 

    Niestety, przed przystąpieniem do trzeciej fazy testów, rząd dowiedział się o programie Lovelace’a, który został natychmiast przerwany. 

    Walka o prawa astronautek

    17 lipca 1962, Jerrie Cobb i Jane Hart, zwróciły się do Kongresu, by walczyć o wznowienie programu. W latach 60. kobiety miały bardzo ograniczone prawa. John Glenn, pierwszy amerykański astronauta, zwrócił uwagę na „miejsce” kobiet w amerykańskim społeczeństwie, mówiąc, że „brak kobiet w kręgu pilotów myśliwców oraz astronautów jest wynikiem porządku społecznego”. Niezwykle istotne były również zeznania Jacqueline Cochran, pierwszej kobiety, które przekroczyła prędkość dźwięku. Ku zaskoczeniu wszystkich, Jacqueline stanęła po stronie NASA, a jej zeznania na zawsze pogrzebały szanse na wznowienie programu Mercury 13. Ostatecznie kobiety przegrały walkę o przywrócenie programu.

    Historyczny lot

    Wally Funk, jedna z uczestniczek programu Mercury 13, przez lata starała się o przyjęcie na szkolenia dla astronautek. Pomimo wspaniałych referencji i dużego doświadczenia jako pilot jej podania były odrzucane. By spełnić swoje marzenia, w 2011 roku wykupiła bilet na lot suborbitalny statkiem firmy Virgin Galactic. 10 lat później, Jeff Bezos – właściciel Blue Origin, zaprosił Wally na pokład New Shepard jako gościa honorowego. Tym samym po 60 latach od udziału w programie Mercury 13 udało jej się spełnić marzenie o locie w przestrzeń kosmiczną. Wally Funk przeszła do historii jako najstarsza osoba, która przekroczyła granicę kosmosu. 

    Wally Funk – uczestniczka programu Mercury 13. Fot. Getty Images

    Źródła:
    https://diandrareviewsitall.com/film-review-mercury-13-shows-the-cruel-hopelessness-of-sexism/
    https://www.space.com/mercury-13.html
    https://daily.jstor.org/how-the-mercury-13-fought-to-get-women-in-space
    https://www.space.com/wally-funk-mercury-13-astronaut-history
    https://www.national-geographic.pl/artykul/wczesne-zalogowe-loty-kosmiczne-kosmiczny-wyscig
    https://www.urania.edu.pl/wiadomosci/czy-wally-funk-zostanie-najstarsza-astronautka-swiata

  • Z jakimi wyzwaniami mierzą się kosmiczni architekci?

    Z jakimi wyzwaniami mierzą się kosmiczni architekci?

    Architektura kosmiczna zajmuje się projektowaniem dobrego miejsca do życia w kosmosie. Jej celem jest spełnienie podstawowych potrzeb człowieka, przede wszystkim zapewnienie bezpieczeństwa, ale również zaspokojenie potrzeb osobistych i społecznych. Projektowanie architektoniczne łączy się bezpośrednio z inżynierią, naukami przyrodniczymi i społecznymi oraz wykorzystaniem nowych technologii w projektowaniu.

    Autorka: Beata Suścicka

    Ideacity – koncepcja miasta na Marsie dla 1000 osób

    Obecne osiągnięcia w dziedzinie architektury kosmicznej

    Obecnie eksploracja kosmosu i wizja przyszłej kolonizacji są punktem wyjścia do prowadzenia badań i nieustającego rozwoju wielu dziedzin nauki i inżynierii. Pierwsze załogowe misje kosmiczne* miały miejsce już w latach 60-tych XX wieku. Mimo tego do tej pory udało nam się postawić stopę tylko na Księżycu. Nasz ziemski satelita okazał się pozbawioną atmosfery, pustą krainą o niskiej grawitacji utrudniające poruszanie się. Pozostałe ciała niebieskie pozostają poza naszym zasięgiem, wciąż niezdobyte. Badania pokazały, że występują tam zupełnie obce dla nas środowiska, do których nie jesteśmy przystosowani. Zdaliśmy sobie sprawę, że kolonizacja nie będzie prostym zadaniem i musimy się do niej odpowiednio przygotować.

    Xors Moon Base – koncepcja badawczej bazy na Księżycu

    Habitaty, czy… terraformacja?

    Jedną z możliwości jest terraformacja, czyli przekształcenie ciała niebieskiego tak, aby powstały tam odpowiednie warunki do życia, jakie znamy na Ziemi. Jest to proces długotrwały i nieodwracalny, który na zawsze zmieni dziewiczy krajobraz planety. Innym mniej inwazyjnym rozwiązaniem jest budowa sztucznych ekosystemów lub habitatów. Zamieszkanie w kosmosie brzmi trochę jak fantastyka. Jednak powstały już plany eksploracji kosmosu uwzględniające pierwsze misje załogowe, a nawet ludzkie osiedla poza Ziemią. Na dzień dzisiejszy nie ma jednoznacznych odpowiedzi, jakich technologii czy materiałów powinniśmy użyć. Nie wiemy też, jak taki habitat będzie wyglądał. Koncepcji i pomysłów jest wiele. Wszystko zależy, jaki założenia projektowe przyjmiemy. Właśnie na to, jak zaprojektować takie miejsca, odpowiada architektura kosmiczna. 

    Koncepcja podniebnej bazy na Wenus, proj. NASA, źródło: www.nasa.gov

    Wyzwania, na jakie odpowiada architektura kosmiczna

    1. Transport – trzeba dobrze rozważyć, z jakich materiałów chcemy budować. Sprzęt i materiały musimy jakoś przetransportować z Ziemi. Pojemność rakiet jest ograniczona, dlatego potrzebujemy przynajmniej kilku przelotów. Wpływa to bezpośrednio na budowę habitatu, który budujemy etapowo. Zazwyczaj zakłada się przewożenie rozkładanych modułów, które pompujemy dopiero w lokalizacji docelowej.

    2. Koszty – każdy kilogram wysłany w kosmos kosztuje, dlatego bardzo dokładnie musimy przemyśleć, co chcemy przewieźć.

    3. Lądowanie – wylądowanie na powierzchni innej planety to nie jest prosta sprawa. Trzeba uwzględnić atmosferę danej planety i masę lądownika, i na tej podstawie wybrać najkorzystniejszy sposób lądowania. 

    4. Warunki – każde miejsce w przestrzeni ma swoje własne, specyficzny warunki, do których musimy się dostosować. Najważniejsze, które musimy wziąć pod uwagę:

    • grawitacja,
    • promieniowanie,
    • ciśnienie i skład atmosfery,
    • temperatura,
    • wiatry,
    • obecność wody,
    • ukształtowanie terenu i surowce.

    5. Dostosowanie designu i konstrukcji – warunki panujące w kosmosie mają bezpośredni wpływ na projektowany obiekt. Dzięki małemu przyspieszeniu grawitacyjnemu możemy stawiać masywniejsze budowle.

    6. Aspekt ludzki – już od samego początku podróży trzeba zapewnić ludziom komfort psychiczny i fizyczny. Długa podróż w małej przestrzeni rakiety, warunki panujące w kosmosie, ciągłe narażenie na stres, długotrwałe przebywanie w odosobnieniu to tylko kilka czynników, na które trzeba zaprojektować odpowiedź. 

    Chcesz wiedzieć więcej? Zapraszamy do wysłuchania panelu o architekturze kosmicznej: 

    https://youtu.be/2w10AACzc58

  • Jak Starship został Starshipem, czyli o rozwoju największej rakiety SpaceX słów kilka

    Jak Starship został Starshipem, czyli o rozwoju największej rakiety SpaceX słów kilka

    Wszyscy, którzy choć trochę interesują się kosmosem, wiedzą na pewno kim jest Elon Musk, jak również słyszeli o jego planach stworzenia największej rakiety, jaką będzie Starship. Jednak nie wszyscy wiedzą, jak długą drogę przebył ten projekt od momentu, w którym pierwszy raz został ujawniony.

    Autor: Piotr Torchała

    Mars Colonial Transporter jako pierwszy zarys Starshipa

    Pierwsze informacje mówiące o tym, że Elon Musk chciałby stworzyć pojazd zdolny transportować ludzi z Ziemi na Marsa sięgają końca 2012 roku. Miałby być to pojazd wielokrotnego użytku, pozwalający na powrót z Marsa. Jeszcze przed 2012 rokiem mówił on, że chciałby uczynić ludzkość gatunkiem międzyplanetarnym, takim, w którym katastrofa na jednej planecie nie zakończy egzystencji całego gatunku. W tamtym czasie zakładano, że MCT będzie znacznie powiększoną wersją Falcona 9. Prace koncepcyjne wskazywały na to, że booster o średnicy 10 m mógłby używać 9 silników Raptor, tak jak Falcon 9 używa 9 silników Merlin. Oba człony rakiety miały być wielorazowego użytku, a sam statek miałby dostarczać na Marsa ładunek o wadze przekraczającej 100 ton. 

    W tym momencie warto się pochylić nad pierwszymi ujawnionymi szczegółami dotyczącymi silnika Raptor. Był to silnik całkowicie odmienny od ówcześnie produkowanego silnika Merlin. Zmieniono nie tylko sposób działania, ale również typ paliwa. Nowy silnik miał działać w zamkniętym cyklu. Niższe ciśnienia oraz niższe temperatury, które panują w tego typu silnikach, przekładają się na znacząco wydłużoną ilość lotów możliwych do zrealizowania bez wymiany silników (planowane jest do 1000). Kolejną nowością było zastosowanie jako paliwa mieszanki składającej się z ciekłego tlenu jako utleniacza oraz metanu jako paliwa. Jest to bardzo ważny punkt planu kolonizacji Marsa, ponieważ takie paliwo można wytworzyć na Marsie w reakcji Sabatiera. Reakcja ta potrzebuje energii, wody oraz CO2, aby wyprodukować tlen oraz metan, czyli dwa składniki naszego paliwa. CO2 jest głównym składnikiem marsjańskiej atmosfery, wodę możemy pozyskać z lodu, a energię np. z paneli fotowoltaicznych lub reaktora KiloPower. Produkcja paliwa IN-SITU pozwoli na ponowne zatankowanie pojazdu i powrót z Marsa. Zwiększa to również ładowność rakiety, ponieważ nie musimy dostarczać na Marsa paliwa potrzebnego do powrotu, jak również zastanawiać się, jak z nim wylądować.

    Interplanetary Transport System, czyli nadal nie Starship

    W 2016 r. Elon Musk ogłosił, że nazwa MCU nie jest aktualna, ponieważ projektowany przez SpaceX pojazd będzie w stanie osiągnąć znacznie więcej niż tylko orbitę Marsa, nawet najdalsze zakątki Układu Słonecznego w postaci Jowisza czy Saturna. We wrześniu 2016 roku odbyła się konferencja 67th International Astronautical Congress, czyli największa kosmiczna konferencja, podczas której spodziewano się poznać więcej szczegółów dotyczących MCU/ITS. Podczas tego wydarzenia Elon wygłosił godzinną prezentację, w której zdradził więcej szczegółów na temat projektu ITS. W planach SpaceX było zbudowanie pojazdu napędzanego silnikami Raptor, które poznaliśmy już wcześniej. Ważne jest jednak to, że silnik ten przestał być już tylko planem SpaceX. W 2016 roku zostało przeprowadzone testowe uruchomienie prototypu silnika Raptor. Pierwszy człon miałby mieć ich aż 42, drugi tylko 9. Po wyniesieniu drugiego członu na orbitę, booster, czyli pierwszy człon, wracałby na lądowisko, gdzie dołączany byłby do niego ITS Tanker, który wynoszony byłby na orbitę w celu uzupełnienia paliwa w drugim członie. Po 4 takich tankowaniach drugi człon mógłby udać się w podróż na Marsa. W zależności od wariantu drugi człon mógłby transportować dużą liczbę osób lub do 450 ton ładunku.  Gdyby chcieć wynieść taką ilość ładunku na Marsa bez uzupełnienia paliwa na orbicie, pojazd musiałby posiadać 3 człony oraz być od 5 do 10 razy większy, oraz oczywiście – znacznie droższy. ITS miałby wykorzystywać hamowanie aerodynamiczne podczas wchodzenia w atmosferę Marsa, a w końcowym etapie wykorzystywać silniki do wylądowania. 

    Jednym z nowych rozwiązań, które było wtedy planowanie, było wykorzystanie włókna węglowego jako materiału, z którego miały zostać wykonane zbiorniki i duża część rakiety. Było to bardzo ambitne podejście, ponieważ nikt jeszcze wtedy nie zrobił tego na taką skalę. Oba człony miałyby mieć 122 metry wysokości, co prawie dwukrotnie przewyższa Falcona 9. Pierwszy człon miał mieć średnicę 12 m. Oba człony miały być wielokrotnego użytku zdolne do pionowego lądowania. Booster miał lądować w tym samym miejscu, z którego startował, co pozwoliłoby na zredukowanie czasu potrzebnego na ponowne zatankowanie i wystrzelenie tankera na orbitę. Wystarczyłoby nałożyć na booster, który wylądował, drugi człon tankujący, a następnie uzupełnić paliwo i rakieta byłaby gotowa do ponownego wystrzelenia na orbitę.

    ITS Źródło: SpaceX

    Big Falcon Rocket albo Big Fu**ing Rocket

    Rok później w 2017 r. Elon Musk podczas wystąpienia w trakcie 68th International Astronautical Congress przedstawił kolejne zaktualizowane informacje na temat Starshipa. Ujawnił, że nazwa kodowa, do momentu znalezienia właściwej nazwy, to BFR. Plany zakładały posłanie w 2022 roku dwóch misji transportowych na Marsa, a dwa lata później 4 kolejnych, w tym dwóch statków z astronautami.  Rozmiary pojazdu zostały zmniejszone. Jego średnica została pomniejszona do 9 m. Oprócz tego pojazd miał posiadać zmienną obwiednię osiągów lotnych, w postaci rozwijanych lub zwijanych skrzydeł, w zależności od miejsca docelowego oraz masy, z którą miał lądować. Drugi człon miał posiadać początkowo 6 silników, 4 przeznaczone do działania w próżni oraz 2 wykorzystywane do manewrów oraz lądowania. Pod koniec 2017 został dodany 3 silnik działający w atmosferze, dzięki czemu statek miał mieć możliwość lądowania z większą masą. Dodatkowo Musk ujawnił, że BFR jest w stanie dostarczyć ładunek oraz ludzi z każdego miejsca na świecie do drugiego, położonego nawet po drugiej stronie globu w czasie poniżej 90-minut. Starty i lądowania, międzykontynentalnych suborbitalnych pojazdów miałby się odbywać z platform rozmieszczonych w pobliżu dużych miast takich jak New York czy Szanghaj. Silniki Raptor do tego momentu zostały przetestowane przez łącznie 1200 sekund w 42 testach. Najdłuższy test trwał 100 sekund, jego długość ograniczała wielkość zbiornika z paliwem w obiekcie testowym. Na początku 2018 pierwsze pojazdy wykonane z kompozytu węglowego były w trakcie konstrukcji. 

    BFR Źródło: SpaceX

    Starship

    Podczas ogłoszenia prywatnego lotu wokół księżyca w sierpniu 2018 r. Elon Musk ogłosił również przeprojektowany koncept BFR. Ogłosił również jego finalną nazwę – Starship dla drugiego członu oraz Super Heavy dla pierwszego członu. Średnica rakiety miała wynosić 9 m. Starship ma mieć trzy tylne lotki oraz dwie przednie używane do kontroli lotu, oraz kontrolowania oporu aerodynamicznego w czasie wchodzenia w atmosferę. Ma on również posiadać 6 silników, 3 używane w próżni, 3 w atmosferze ziemskiej. SuperHeavy początkowo miał posiadać 31 silników, jednak w związku z osiągnięciem wyższego ciśnienia w silniku oraz wyższego stosunku ciągu do wagi może to być tylko 28 silników. Najważniejsza zmiana została ogłoszona kilka miesięcy później. W grudniu 2018 roku ogłoszono, że włókno węglowe zostanie zastąpione stalą nierdzewną. Stało się to z dwóch powodów. Pierwszym z nich były ekstremalne temperatury, których podczas w atmosferę włókno węglowe nie mogło sprostać. Drugim powodem był koszt. Koszt stali jest 50 razy niższy niż włókna węglowego. Dodatkowo wytrzymałość stali nierdzewnej w temperaturach kriogenicznych wzrasta.

    SpaceX Starship
    Starship Źródło: SpaceX

     

    Starship przeszedł długą drogę, wielokrotnie zmieniała się liczba silników oraz rozmiar rakiety. Zmienił się nawet materiał, z którego SpaceX buduje Starshipa. Jednak nie zmieniło się dwie rzeczy. Wykorzystanie silnika Raptor oraz plan, aby Starship był pierwszym pojazdem, zdolnym do dostarczenia ludzi na Marsa.

    Obecny status

    W chwili pisania tego artykułu, SpaceX jest w trakcie przygotowywania do lotu prototypu o nazwie SN 10. Do tej pory odbyło się 7 lotów testowych. Pięć z nich zakończyło się całkowitym sukcesem, dwa z nich spełniły założenia testu, jednak lądowanie zakończyło się niepowodzeniem. Pierwsze testy trwały poniżej minuty, a osiągnięta wysokość nie przekraczała 150 m. Dwa ostatnie prototypy wzniosły się na wysokość 12,5 km oraz 10 km i trwały prawie 7 min. Prototypy korzystały z 3 silników przeznaczonych do działania w atmosferze. SpaceX buduje swoje pojazdy w Boca Chica, w trakcie budowy jest już kilka kolejnych prototypów Starshipa oraz pierwsze dwa prototypy Super Heavy. Pierwszy orbitalny lot, SpaceX planuje 2021. 

    SpaceX Starship NASASpaceFlight SN9
    Starship Źródło: NASASpaceFlight
  • Czy jesteśmy w stanie latać na Marsie?

    Czy jesteśmy w stanie latać na Marsie?

    Rekonesans z powierzchni statku latającego jest bardzo wydajnym sposobem zbierania wszelkiego rodzaju danych geograficznych, zdjęć i śledzenia aktywności na powierzchni planety. Przenoszenie podobnych do ziemskich rozwiązań na grunt kosmicznej eksploracji innych obiektów niebieskich, a szczególnie Marsa, jest naturalnym następstwem w rozwoju awiacji i badań pozwalającym lepiej nam zrozumieć procesy zachodzące na powierzchni Marsa oraz w marsjańskiej atmosferze. Dlaczego więc do tej pory nie skorzystaliśmy z takiej możliwości, a wszelkie programy badawcze oparte są o naziemne łaziki?

    Autor: Dominik Dawid Tokarz

    Wizja eksploracji Marsa

    Dyskusja w naukowym gronie aeronautów nad tematem – „Jak powinniśmy podejść do konstrukcji obiektów latających zdolnych poruszać się w atmosferze Marsa?” trwa tak naprawdę nie od wczoraj, a od pierwszych bardziej szczegółowych danych na temat pionowego rozkładu atmosfery Marsa dostarczonego przez lądowniki Viking 1 i Viking 2, mających miejsce w połowie lat 70 ubiegłego wieku. 

    Lądownik Viking 1&2. Źródło: nasa.gov

    Gdy myślimy o tym, jak wygląda samolot, w głowie rysują nam się dwie wizje. Jedną stanowi obraz dzisiejszych samolotów, jakie spotykamy codziennie i możemy znaleźć ich cechy wspólne – powierzchnie nośne, ster kierunku, lotki, ster wysokości, napędy na paliwa konwencjonalne. Druga, bardziej futurystyczna wizja, wykreowana przez sztukę sci-fi i popkulturę –  nierealistyczne bryły, nieznane napędy, tajemnica, lasery i neony. Aby zrozumieć, dlaczego samoloty wyglądają tak, jak wyglądają, musimy najpierw zrozumieć warunki, w jakich są one eksploatowane – atmosferę ziemską. To ona wyznacza i definiuje nasze możliwości konstrukcyjne i pokonywanie kolejnych barier w okiełznaniu naszej (ziemskiej) przestrzeni lotniczej i wyznacza kierunek w rozwoju awiacji i programów rakietowych.

    Nie inaczej będzie wyglądała przyszłość awiacji w marsjańskiej atmosferze. Jednak niewykluczone, że konstrukcje lotnicze mogą znacząco odbiegać od wyglądów i kształtów, do jakich już przywykliśmy. Wynika to z tego, że skład, właściwości fizyczne i chemiczne oraz rozkład marsjańskiej atmosfery są diametralnie inne od tych, do których przywykliśmy w konstrukcji obiektów latających. Ciśnienie marsjańskiej atmosfery stanowi mniej niż 1% ziemskiego,  a w jego składzie na próżno szukać tlenu, który stanowi utleniacz w konwencjonalnych napędach, jakich używamy. W skrócie – przeciętna Cessna miałaby problem.

    Pionowy rozkład atmosfery wypracowany z użyciem oprogramowania Mars-GRAM. Źródło: nasa.gov

    Co jeśli nie Cessna?

    Nie jesteśmy jednak bezsilni w próbie modelowania i budowy pierwszych aerodyn zdolnych do lotu na Marsie. Mamy to szczęście, że fizyka i mechanika płynów działa tak samo na Marsie, jak i na Ziemi. Zachowanie każdego obiektu latającego możemy sparametryzować uniwersalnymi wskaźnikami. Jednym z takich wskaźników jest liczba Reynoldsa, która określa stosunek sił bezwładności obiektu poruszającego się w płynie do lepkości tego płynu. Przeciętny samolot projektowany jest do lotu z dużymi wartościami Re, a sprawność i zachowania profili aerodynamicznych są modelowane dla różnych wartości tego wskaźnika. Na Marsie z racji niskiej wartości ciśnienia musielibyśmy poruszać się bardzo szybko, aby wygenerować na tyle dużą wartość sił bezwładności, zdolnych utrzymać obiekt latający. Kolejnym punktem w projekcie obiektu lotniczego jest optymalizacja masowa, która jest szalenie ważna. Skoro naszym celem jest oderwanie się od powierzchni, to musimy wygenerować wartości siły nośnej co najmniej równoważącej ciężar obiektu. Więc gdy już nie możemy lecieć szybciej (bo ogranicza nas technologia napędu albo zasoby energetyczne), to musimy zadbać o jak najmniejszą masę naszego obiektu, a tutaj z pomocą przyjść może rozwój materiałoznawstwa. W szczególności mówimy tu o kompozytach, które rewolucjonizują obecnie awiację na Ziemi, więc wydają się również i przyszłością w projektach lotniczych na innych planetach. Miniaturyzacja jest naturalnym sprzymierzeńcem optymalizacji masowej. Sam Mars również trochę nam tutaj rekompensuje swoim przyciąganiem wynoszącym 0,38 G przyciągania ziemskiego, a więc obiekty nie ciążą tak mocno, jak na Ziemi. 

    Podsumowując, pierwsze obiekty latające na Marsie będą musiały być znacznie odchudzone, zminiaturyzowane, a jednocześnie wyposażone w powierzchnie nośne o dużym stosunku wydłużenia, i pozbawione napędów konwencjonalnych. Ciężko myśleć o nich, jako o jakimkolwiek środku transportu, bo dźwignięcie ich własnej masy przy marsjańskich warunkach wydaje się gargantuicznym osiągnięciem, ale mogą stanowić cenny instrument badawczy do rejestracji danych na temat powierzchni Marsa i jego atmosfery.

    Zakresy liczby Reynoldsa dla biosystemów oraz systemów zmechanizowanych.
    Źródło: Numerical Modelling of Flapping Wing Kinematics and Aerodynamics, H. Djojodihardjo

    Pierwszy marsjański helikopter

    Myśl o tym, czy jesteśmy w stanie latać na Marsie, rozgorzała nie tylko w świecie nauki,, ale i mediów, gdy NASA przedstawiła projekt „marsjańskiego helikoptera”, stanowiącego wyposażenie dodatkowe do łazika Perseverance. W mojej opinii jest to najciekawszy punkt tej misji, który stanowi pierwszy, realny krok do tego, aby marsjańskie niebo zaroiło się od kolejnych obiektów latających. To, jak wypadnie test Mars Helicopter Ingenuity, będzie stanowiło weryfikację wszystkich naszych założeń, jak powinny wyglądać podobne projekty, a zebrane dane i doświadczenia konstrukcyjne przełożą się na budowę bardziej skomplikowanych obiektów w przyszłości.  Jest to też przede wszystkim ogromne pole do rozwoju aeronautyki, bo niczym bracia Wright, po raz pierwszy ludzkość próbuje okiełznać atmosferę, tym razem jednak Marsa. Helikopter Ingenuity zawiera pewien symboliczny „easter egg” w postaci umieszczenia kawałka materiału z samolotu braci Wright. Ten gest podkreśla jaką drogę przebyła awiacja, która dynamicznie rozwija się od ponad 100 lat.     

    Helikopter Inenguity (Pomysłowość). Źródło: nasa.gov

    Więcej na ten temat możecie posłuchać w naszej rozmowie z Dominikiem. 

  • Teleskopy, czyli o fotografii w kosmosie

    Teleskopy, czyli o fotografii w kosmosie

    Często czytamy o nowych odkryciach planet, gwiazd i galaktyk, jednak nie jesteśmy świadomi, że to wszystko dzięki urządzeniom, które zostały wyniesione w kosmos kilka, a nawet kilkadziesiąt lat temu. Teleskopy krążą cały czas po orbicie ziemskiej, słonecznej, a także zostały umieszczone w punkcie Lagrange’a. Wszystko po to, by odkrywać najdalsze zakątki kosmosu.

    Autor: Marcin Zieliński

    Zapytacie: “Dlaczego mamy wysyłać tak ciężkie i wielkie urządzenia poza naszą planetę? Przecież jest to niesamowicie kosztowne i utrudnia naprawę sprzętu (a najczęściej ją uniemożliwia). Skoro mamy teleskopy na Ziemi, to po co komplikować sobie życie?” Gdyby tak spojrzeć, to rzeczywiście jest w tym sporo racji. Koszty są ogromne, a budowy teleskopów kosmicznych trwają latami, jednak… jest jedna rzecz, która przeszkadza nam na ziemi w obserwacji kosmosu.

    Atmosfera

    Już w 1923 roku niemiecki naukowiec Hermann Oberth zaproponował w swojej książce wyniesienie teleskopu w kosmos. Obserwowanie gwiazd z powierzchni Ziemi jest utrudnione przez atmosferę, której ruch (w tym ruch powietrza) działa jak ogromna, niestabilna soczewka. Aby to sobie wyobrazić, pomyśl o powietrzu, które faluje nad rozgrzanym asfaltem w letni dzień. Przez warstwę gorącego powietrza widzimy rozmazany obraz. W podobny sposób przesuwają się masy powietrza dzielące nas od kosmosu. Dlatego ziemskie teleskopy widzą zniekształcony lub zupełnie rozmyty obraz, a naukowcy szukają alternatywy w teleskopach kosmicznych.

    O ile poważne rozważania na temat takich teleskopów rozpoczęły się tuż po wojnie, w 1946 roku, to pierwsze urządzenia wzleciały w przestrzeń kosmiczną dopiero w latach 60. XX wieku. Nie były to misje cieszące się wielkimi sukcesami – dopiero wyniesiony w 1990 roku teleskop Hubble’a okazał się urządzeniem spełniającym założenia projektu. A i tak stało się to dopiero po kilku przygodach… a konkretnie naprawach.

    Teleskop Hubble’a jest jedynym teleskopem, który można naprawiać w przestrzeni kosmicznej. Dokładnie! W próżni, w kosmosie! Tak jak w filmach science-fiction:) Dotychczas odbyło się pięć misji naprawczych, a pierwsza już trzy lata po wzniesieniu teleskopu, w 1993 roku. Po wyniesieniu teleskopu na orbitę okazało się, że jedno z luster teleskopu jest nieprawidłowo odchylone o dwie tysięczne milimetra. Obraz generowany przez teleskop był niewyraźny i występowała aberracja chromatyczna. Wyobraźcie sobie. Dwie tysięczne milimetra. Taka dokładność to jakiś kosmos, ale specjaliści i inżynierowie kosmiczni muszą sobie radzić z takimi dokładnościami i wyzwaniami.

    Lustra i części teleskopu muszą być wykonane niesamowicie precyzyjnie. Sama lustrzana konstrukcja obiektywów jest ciekawa. W uproszczeniu: lustra odbijają światło gwiazd i kierują je do “aparatu”, który zapisuje obraz. Taka budowa obiektywów bywa spotykana również w fotografii cyfrowej. Lustrzane teleobiektywy do “cyfrówek” mogą być alternatywą dla wielkich i ciężkich luf zbudowanych w całości z soczewek. Ale obiektywy to jedno…

    Druga sprawa to matryce “kosmicznych aparatów”, które muszą rejestrować odpowiednie rodzaje światła. Na przykład teleskop Hubble’a rejestruje światło widzialne, czyli “widzi” te same fale, co każdy z nas. Jednak są teleskopy, które wyłapują inne zakresy widma, np. fale gamma, podczerwień czy promieniowanie rentgenowskie.  Dzięki nim poznajemy części wszechświata, które są zasłonięte przez pył albo są tak daleko, że światło widzialne z tamtych okolic do nas nie dociera. Nowinką technologiczną dla fotografów krajobrazu może być model aparatu Canon, przeznaczony konkretnie do astrofotografii. Canon Ra jest pozbawiony filtrów blokujących promieniowanie UV i IR, a dzięki temu może złapać więcej kolorowego światła gwiazd. Jest pierwszym aparatem przystosowanym do astrofotografii, który jest dostępny dla przeciętnego Kowalskiego i kosztuje stosunkowo niewiele, bo jedyne… 12 000 zł. Patrząc na cenę takiej “zabawki”, może lepiej zostawimy astrofotografię specjalistom. 

    W tym roku możemy spodziewać się nowości ze świata teleskopów kosmicznych. W październiku 2021 planowane jest wyniesienie teleskopu Webba, który ma być następcą teleskopu Hubble’a. Umieszczenie teleskopu na orbicie przekładane było już kilkukrotnie, jednak miejmy nadzieję, że na jesień doczekamy się nowej konstrukcji obserwującej odległe galaktyki. Trzymajcie za to kciuki!

    Więcej na ten temat możecie posłuchać w naszej rozmowie z Marcinem. https://www.youtube.com/watch?v=qXarldjNamo

  • Księżyc – o biegunach słów kilka

    Księżyc – o biegunach słów kilka

    Dlaczego bieguny Księżyca leżą w zainteresowaniach badaczy z całego świata i agencji kosmicznych, takich jak  NASA, ESA czy JAXA? Dlaczego są ważne i jakie mamy wobec nich plany?

    Autor: Hubert Gross

    Ze względu na bardzo małe nachylenie płaszczyzny równika Księżyca w stosunku do płaszczyzny ekliptyki (wynoszące 1,54° – dla porównania Ziemskie wynosi 23,5° [1], na biegunach można wyróżnić dwa typy ekstremalnych obszarów niespotykanych nigdzie indziej. Są to obszary o bardzo długim średnim natężeniu oświetlenia oraz tzw. Permanent Shadowed Regions.

    Nachylenie płaszczyzny równika Księżyca oraz Ziemi do ekliptyki (płaszczyzny orbitalnej ruchu Ziemi względem Słońca) [2][3]

    W dawnej literaturze można znaleźć pojęcie Peaks of Eternal Light (PEL), które jest określeniem na hipotetyczne punkty oświetlone przez cały czas. Nie znaleziono takich na Księżycu, ale po analizie naukowców można wyróżnić małe obszary, które są oświetlone większość czasu swojego istnienia. Szczególnym zainteresowaniem cieszą się punkty A, B, C i D niedaleko krateru Shackleton znajdującego się w pobliżu osi obrotu na biegunie południowym. Punkty te łączy średnie roczne natężenie oświetlenia wynoszące ponad 80% [4]. W tle widoczne są także góry Malaperta (oznaczone literą M).

    Punkty o średnim rocznym natężeniu oświetlenia wynoszącym ponad 80%, A(89,68°S 166,0°W), B(89,44°S 141,8°W), C(88,71°S 68,7°W), D(88,79°S 124,5°W) [4]

    Permanent Shadowed Regions (PSRs) są to obszary znajdujące się głównie na biegunach Księżyca, na które od milionów lat nie padło światło słoneczne. Panują tam ekstremalne temperatury dochodzące nawet do -248°C [1] oraz podejrzewa się istnienia ogromnych pokładów lodu wodnego. Szacuje się, że tylko na biegunie północnym Księżyca w obszarach PSR może być co najmniej 600 milionów metrów sześciennych lodu wodnego [5].

    Obszary PSR (czarny kolor) na południowym biegunie Księżyca [6]

    Dlaczego bieguny są tak ważne? Głównie poprzez występowanie takich punktów jak PEL, w których możliwość wykorzystywania urządzeń zasilanych energią solarną jest dużo większa niż choćby podczas przebywania na równiku (gdzie księżycowe dni i noce trwają po 14 dni) oraz poprzez obszary PSR, które mogą zapewnić przyszłym mieszkańcom baz księżycowych uniezależnienie się od dostaw wody z Ziemi. Między innymi z tych powodów w ramach programu Artemis na południowym biegunie Księżyca NASA planuje rozmieszczenie Artemis Base Camp – pierwszej bazy kosmicznej na księżycu, która ma przygotować ludzkość do misji na Marsa zaplanowanej na 2030 rok [7].

    Więcej na ten temat możecie posłuchać w naszej rozmowie z Hubertem. 

    Źródła:

    [1] NASA. Moon’s south pole in nasa’s landing sites. https://www.nasa.gov/feature/moon-s-south-pole-in-nasa-s-landing-sites. [access 10.02.2021].
    [2] http://www.astrouw.edu.pl/ kiraga/dydaktyka/wyklady/geo/w070112.pdf.
    [3] Peter Sobchak. http://www.physics.unlv.edu/ jeffery/astro/moon/diagram/moon_orbit_view_side.html. 2014.
    [4] P.D. Spudis C.D. Neish H. Noda Y. Ishihara S.-A. Sørensen D.B.J. Bussey, J.A. McGovern. Illumination conditions of the south pole of the moon derived using kaguya topography. Icarus 208, 2010.
    [5] NASA. Nasa radar finds ice deposits at moon’s north pole. https://www.nasa.gov/mission_pages/mini-rf/multimedia/feature_ice_like_deposits.html. [access 10.02.2021].
    [6] Stopar J., Lunar Meyer H., and LPI Contribution 2170 Planetary Institute Regional Planetary Image Facility. Topography and permanently shaded regions (psrs) of the moon’s south pole (80°s to pole).  https://repository.hou.usra.edu/handle/20.500.11753/1255. 2019.
    [7] NASA. Nasa’s plan for sustained lunar exploration and development. https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/a_sustained_lunar_presence_nspc_report4220final.pdf [access 10.02.2021]