Chociaż najbardziej znanymi kosmicznymi obserwatorami są ogromne przedsięwzięcia, teleskopy Hubble’a czy Jamesa Webba umożliwiające stworzenie przepięknych i działających na wyobraźnie wizualizacji mgławic i galaktyk, mniejsze urządzenia obserwujące nasze najbliższe otoczenie też mają swoją rolę w poznaniu i wyobrażeniu wszechświata. 13 czerwca 2022 Europejska Agencja Kosmiczna udostępniła trzeci zbiór danych uzyskanych podczas trwającej od 2013 misji Gaia. To wydarzenie ekscytujące badaczy kosmosu na całym świecie, nazywają je nadejściem nowej ery spektralnej analizy ciał niebieskich. Skąd się wzięła ta ogromna tabela liczb w kolumnach o enigmatycznie brzmiących tytułach i jak pomoże nam dowiedzieć się więcej o naszej galaktyce, Drodze Mlecznej?
Autor: Milena Michalska
Galaktyki i założenia misji badawczej
Galaktyka to zbiór gwiazd, pyłu, gazu i ciemnej materii związanej grawitacyjnie. Badanie galaktyki, w której się znajdujemy to pod wieloma względami dużo trudniejsze zadanie niż obserwacja struktur gwiezdnych, które obserwujemy z boku jako całość. Misja Gaia zakłada zbadanie (dokonanie pomiarów m.in. fotometrycznych, pozycji, sygnału radiowego) jednego miliarda z estymowanych stu miliardów gwiazd należących do Drogi Mlecznej. Pomiary te, powtarzane kilkukrotnie w interwałach czasu, doprowadzą do uzyskania kolejnych danych – o kosmicznych prędkościach i pozwolą na stworzenie największej i najdokładniejszej dotychczas trójwymiarowej mapy strukturalnej naszej galaktyki.
Ponadto Droga Mleczna dzieli się na regiony, różniące się między innymi orbitami i składem chemicznym gwiazd – naukowcy (np. z międzynarodowego Instytutu Maxa Plancka) liczą na to, że dane dostarczone przez instrumenty Gai posłużą do sprawdzenia i ulepszenia istniejących modeli matematycznych do klasyfikacji/klasteryzacji podobnych gwiazd.
An artist’s concept of the Gaia spacecraft. Credit: ESA
Obserwatorium Gaia – jak zbierane są dane?
Kosmiczne obserwatorium Gaia składa się z trzech modułów – ładunku (ang. payload module), który zawiera instrumenty naukowe i dwóch modułów użytkowych (ang. service module), mechanicznego i elektrycznego. Moduły użytkowe to wszystkie urządzenia niezbędne do pracy statku kosmicznego i wspierające prace instrumentów, np. rozkładana tarcza przeciwsłoneczna, mikro napęd do korekcji pozycji, system zasilania i komunikacji radiowej z Ziemią. Moduł ładunku to to pojedynczy instrument pełniący trzy wspomniane wcześniej funkcję – badania astrometryczne, fotometryczne i spektrometryczne.
W astrometrii mierzone jest 5 parametrów – pozycja gwiazdy (2 kąty), ruch własny (szybkość zmiany pozycji obiektu na niebie, pochodne dwóch pozycji) i paralaksę (różnica pozycji obiektu spowodowana punktem obserwacji).
Fotometria i spektrometria Gai skupia się na badaniu widma ciał niebieskich (w pasmach odpowiednio 320-1000 nm i 847-874 nm). W analizie spektralnej odbierane promieniowanie elektromagnetyczne obiektu rozdzielane jest na poszczególne częstotliwości, długości fal lub energie. Obserwacja widma pozwala na ujawnienie temperatury, masy i składu chemicznego obiektu.
ESA Image of the Week
Hunting evolved carbon stars with Gaia RP spectra
Przetwarzanie danych z kosmosu
Katalog systemów gwiezdnych opublikowany w ramach Gaia Data Release 3 powstaje poprzez połączenie trzech metod: astrometrii, fotometrii i spektrometrii. Odpowiada za niego konsorcjum zrzeszające naukowców z całej Europy, DPAC (Data Processing and Analysis Consortium). Dziewięć mniejszych zespołów pracuje na różnych etapach – przetwarzają sygnał z sondy Gaia każdą z trzech wspomnianych metod, tworzą różnego rodzaju produkty z przetworzonych danych, przeprowadzają symulacje czy dbają o infrastrukturę do sprawnego przesyłu informacji.
W pierwszym etapie dane są dekompresowane, plik z surowymi obserwacjami zajmuje około 70 TB (terabajtów) pamięci. Model astronometryczny używany jest do wyznaczenia kierunku (nieuwzględniającego obrotu), w którym podąża dane źródło (ciało niebieskie np. gwiazda, kwazar, asteroida) na podstawie zebranych parametrów (pozycja, ruch własny, paralaksa) i zmiennych pomocniczych jak dane o położeniu sondy Gaia, dane kalibracyjne urządzeń. W publikacjach badaczy przetwarzających dostarczone odczyty znajdziemy wiele modeli matematycznych, które zarejestrowane informacje zamieniają na wartościowe dane. Już na tym etapie potrzebne jest zastosowanie algorytmów uczenia maszynowego – ogromne ilości pomiarów dzielone są na grupy dotyczące jednego źródła (np. jednej gwiazdy). Dla drugiego udostępnionego zbioru danych misji Gaia było to 52 miliardów obserwacji połączonych w 2583 grupy skojarzonych z danym źródłem. W następnych krokach źródłom nadawane są różne cechy i typy obiektu.
Szczegółowe informacje o matematycznym i fizycznym modelowaniu opartym na danych misji Gaia, użytych algorytmach i metodach przetwarzania informacji, dostępne w opracowaniach opublikowanych przez Astronomy&Astrophysics:
Rozwój informatyki i przetwarzania ogromnej ilości danych (big data) przyniósł nam doskonałe narzędzia do obserwacji astronomicznych. Z puzzli zarejestrowanych danych o bliższych i dalszych ciałach niebieskich możemy złożyć coraz pełniejszy obraz wszechświata i estymować jak wygląda to, czego nie widzimy. Naukowcy nieustannie pracują nad ulepszeniem i rozszerzeniem algorytmów tworzących wielkie katalogi i mapy naszej galaktyki.
Po co nam roboty w kosmosie? Do zastąpienia człowieka w nużących, męczących czy niebezpiecznych zadaniach. Nie jest to jednak jedyne uzasadnienie wykorzystania robotów w kosmosie — roboty w kosmicznym środowisku rzutują na wpływ człowieka tam, gdzie ludzie nie mogą jeszcze dotrzeć. Łaziki planetarne są wyjątkowo przydatne w prawie wszystkich typach misji planetarnych na planetach o stałych powierzchniach, od małych ciał, takich jak asteroidy i komety, przez księżyce gazowych gigantów i naszą własną Ziemię, po planety typu ziemskiego, takie jak Mars.
Autor: Kajetan Gudowski
Robotyka Planetarna
Robotyka planetarna jest związana z działalnością pojazdów kosmicznych, takich jak: łaziki, lądowniki oraz sondy, których prace są eksploracją innych planet lub asteroid. Ta interdyscyplinarna dziedzina jest ściśle związana zagadnieniami, takimi jak: autonomiczne przemieszczanie się po nieznanym i innym miejscu i pokonywaniem naszej lokalizacji, systemy czujników i urządzeń, komponentów, koncesów obsługi i infrastruktury, obsługi koncepcji robotycznych do eksploracji, mikropenetracji, nanołaziki, także mechanizmów i penetracji podpowierzchniowych oraz urządzeń do pobierania, transportu i pobierania materiałów[1].
Czym jest łazik planetarny?
Łazik planetarny jest to poruszające się urządzenie służące do eksploracji księżyców i planet Układu Słonecznego. Dzisiejsi robotyczni nomadzi przemierzający obce ciała niebieskie i odkrywający sekrety kosmosu przemieszczają się autonomicznie dzięki rozwojowi oprogramowania do nawigacji i autonomicznego sterowania. Łaziki planetarne starszej daty, takie jak Łunochod ZSRR czy też Sojourner działający w ramach misji Mars Pathfinder, były sterowane przez operatorów z Ziemi.
Łaziki planetarne mają kilka zalet w porównaniu z lądownikami, które są nieruchome — mogą eksplorować większy obszar i mogą być kierowane do eksploracji interesujących cech powierzchni, które pojawiają się na ich drodze. Jeśli ich baterie są zasilane przez panele słoneczne, można je ustawić tak, aby zebrać jak najwięcej światła w miesiącach zimowych, gdy Słońce znajduje się nisko nad horyzontem. Każdy łazik musi być przynajmniej częściowo autonomiczny, ponieważ sygnały radiowe poruszają się z prędkością światła, więc potrzebują czasu, aby dotrzeć od kontrolera z Ziemi do łazika.
Zaletą łazika w porównaniu z orbiterami (pojazdami badającymi ciało niebieskie z orbity ) jest to, że może badać powierzchnię ciała niebieskiego do poziomu mikroskopijnego i może przeprowadzać eksperymenty fizyczne (instrumenty łazika są w kontakcie z powierzchni, dzięki czemu możliwe jest bardziej szczegółowe zbadanie na różne sposoby). Z drugiej strony łaziki mają wadę w porównaniu z orbiterami, ponieważ są bardziej podatne na awarie, z powodu lądowania i innych występujących zagrożeń, i mogą badać stosunkowo niewielki obszar ciała niebieskiego wokół samego miejsca lądowania, podczas gdy orbitery mogą “zobaczyć” całość z powierzchnią swoich instrumentów z orbity [8].
Podstawowym celem łazika jest nawigacja i przemierzanie nieznanego, wrogiego terenu, rozpoznawanie i pokonywanie przeszkód, rozmieszczanie oprzyrządowania naukowego i pozyskiwanie próbek w celach naukowych. Zakres środowisk planetarnych jest ogromny, od stosunkowo łagodnych i płaskich po skrajnie skaliste i wrogie. Większość naziemnych platform robotyki mobilnej jest obsługiwana w stosunkowo korzystnych środowiskach, takich jak korytarze biurowe itp., pomimo niedawnego nacisku na paradygmaty robotyki „ucieleśnionej” lub „sytuowanej”, które podkreślają konieczność radzenia sobie z realistycznymi (i tak bezkompromisowymi) środowiskami. Badania nad robotyką mobilną naziemną mają tendencję do wykorzystywania prymitywnych systemów mobilności, takich jak napędy różnicowe i konfiguracje trójkołowe obejmujące dwa napędzane koła i samonastawne. Robotyka planetarna nie ma tego luksusu — środowiska planetarne są surowe, wrogie oraz nieznane. Łaziki planetarne mają szereg dodatkowych krytycznych ograniczeń, których zazwyczaj nie ma w przypadku tradycyjnych naziemnych robotów mobilnych:
• niekorzystny teren charakteryzujący się skałami, klifami, szczelinami itp. z niewielką liczbą cech dla samo lokalizacji;
brak a priori danych dotyczących konkretnych cech tego środowiska, które należy zbadać;
rozbudowany czas lotu sygnału i ograniczone okna komunikacji z Ziemią sugerując potrzebę wysokiego stopnia autonomii;
nieprzyjazne warunki otoczenia, w tym ekstremalne temperatury i środowiska pyłowe;
ograniczona dostępność mocy;
wymagania wysokiej niezawodności, które ograniczają złożoność mechaniczną.
To właśnie te kwestie, które nakładają na łaziki planetarne bardziej rygorystyczne ograniczenia niż tradycyjnie kojarzone są z naziemnymi robotami mobilnymi, mają znaczący wpływ na projektowanie i metodologie stosowane w łazikach planetarnych. Podwozie zazwyczaj stanowi około 30% całkowitej masy łazika [8].
Pierwsze łaziki
Wielki skok dla ludzkość, ale jeszcze większy dla robotyki. Większość osób łaziki zna oraz kojarzy z Marsem ale pierwszym robotem który miał wylądować na Księżycu, był radziecki Łunochod, określany mianem jako „łazik zero”. Niestety, nie dotarł na miejsce, ponieważ uległ zniszczeniu podczas nieudanego startu, do którego doszło 19 lutego 1969 roku. Łunochod 1 (rys.1) już jednak dotarł na powierzchnie Srebrnego Globu w listopadzie 1970 roku. Misja tego radzieckiego robota miała trwać tylko 3 dni a pracował aż przez 11 miesięcy. Innym typem księżycowego łazika jest LRV, czyli Lunar Roving Vehicle (rys. 2) używany w trakcie trzech ostatnich misji programu Apollo (Apollo 15, 16 i 17) do transportowania sprzętu oraz samych astronautów. Projektantem LRV był Mieczysław Bekker polski inżynier oraz żołnierz, absolwent Politechniki Warszawskiej.
Model pojazdu ŁunochodPojazd używany w ostatnich 3 misjach Apollo
Początki eksploracji Czerwonej Planety
Wszystkie dotychczasowe misje łazików planetarnych przyjęły konstrukcje podwozi kołowych w różnych rozmiarach łazików, aby zapewnić prostotę mechaniczną i wysoką niezawodność. Wydaje się, że trend ten utrzyma się w dającej się przewidzieć przyszłości. Jedynym wyjątkiem był pierwszy łazik, który bezpiecznie dotarł na powierzchnię Marsa, mowa tu o nanołazik Prop-M (rys. 3) na rosyjskim lądowniku Mars 3 który wylądował w grudniu 1971. 4,5 kg Prop-M był połączony 15-metrowym przewodem z lądownikiem, używał pary nart zamontowanych na nogach dzięki którym miał „chodzić” a nie jeździć tak jak inne roboty tego typu. Niestety misja nie powiodła się po udanym lądowaniu, kontakt z lądownikiem został stracony w kilkanaście sekund po lądowaniu a łazik już później już nigdy nie został użyty [8].
Niewątpliwie Związek Radziecki dotarł jako pierwszy na Marsa ale to Stanom Zjednoczonym udało się wysłać pierwszą udaną misję wykorzystującą samobieżny pojazd na innej planecie. Misja Mars Pathfinder bo o niej mowa miała na pokładzie łazik Sojourner (rys. 4) który był zasilany przez panele słoneczne. Przesłał on na Ziemię 550 zdjęć i dokonał 15 analiz składu chemicznego skał [2, 8].
Sojourner
Marsjańscy bliźniacy
Misja MER czyli Mars Exploration Rover była podwójną misją NASA która obejmowała dwa bliźniaczo podobne łaziki Spirit oraz Opportunity. Celem misji było poznanie historii geologicznej i klimatycznej Marsa. Pozwoliło to na stwierdzenie, czy na Marsie występuje woda, czy istniały tam kiedykolwiek warunki umożliwiające powstanie życia.
Nasi bliźniacy zostali rozdzieleni, łaziki były nakierowane na miejsca po przeciwnych stronach Marsa, które wyglądały, jakby w przeszłości były dotknięte wodą w stanie ciekłym. Spirit wylądował w kraterze Gusiew, prawdopodobnie dawnym jeziorze w gigantycznym kraterze uderzeniowym. Opportunity wylądował na Meridiani Planum, miejscu, gdzie złoża minerałów sugerowały, że Mars miał mokrą historię.
Dzięki danym z łazików naukowcy z misji zrekonstruowali starożytną przeszłość, kiedy Mars był zalany wodą. Zarówno Spirit, jak i Opportunity znalazły dowody na przeszłe mokre warunki, które prawdopodobnie mogły wspierać życie drobnoustrojów. Badanie Opportunity nad kraterami „Eagle” i „Endurance” ujawniło dowody na istnienie w przeszłości jezior między wydmowych, które wyparowały, tworząc bogate w siarczany piaski. Piaski zostały przerobione przez wodę i wiatr, zestalone w skałę i przesiąknięte wodą gruntową.
Podczas gdy początkowe podróże Spirita w kraterze Gusiewa ujawniły bardziej bazaltowe otoczenie, po dotarciu do „Columbia Hills” łazik znalazł różne skały, co wskazuje, że wczesny Mars charakteryzował się uderzeniami, wybuchowym wulkanizmem i wodą podpowierzchniową. Niezwykle jasne plamy gleby okazały się wyjątkowo słone i dotknięte wodą z przeszłości. Na „Home Plate”, kolistym elemencie „Inner Basin” „Columbia Hills”, Spirit odkrył drobno warstwowe skały, które są równie przekonujące pod względem geologicznym, jak te znalezione przez Opportunity.
Oba łaziki przekroczyły planowany 90-dniowy czas trwania misji o wiele lat. Spirit działał 20 razy dłużej niż jego pierwotny projekt, aż do ostatecznego przekazania go na Ziemię 22 marca 2010 roku. Opportunity nadal działa ponad dekadę po wystrzeleniu. W 2015 roku Opportunity pobiło rekord podróży pozaziemskich, pokonując dystans ponad 42-kilometrowy maraton. Opportunity ma jeszcze jeden pobity rekord a mianowicie czas działania, jego misja zakończyła się 13 lutego 2019 roku, po ostatniej, nieudanej próbie komunikacji z łazikiem. Wcześniejszym rekordzistą był radziecki łazik Łunochod 1 którego rekord nie został pobity przez 30 lat [4, 5, 8.]
Łazik Prop-M – wizja artystycznaŁazik opportunity
Ruchome laboratorium na Marsie
W 2012 roku miało miejsce lądowania na Marsie w kraterze Gale’a łazika Curiosity w ramach misji Mars Science Laboratory. Jego celem jest odpowiedzenie na fundamentalne pytania które trapi naukowców już od setek lat a mianowicie czy istnieje bądź czy istniało kiedyś życie na Marsie po przez zbadanie warunków panujących w przeszłości geologicznej Marsa szczególności miejsca i roli wody w jego historii.
Mars Science Laboratory przybył na Marsa dzięki innowacjom technologicznym, które przetestowały zupełnie nową metodę lądowania. Statek kosmiczny opadł na spadochronie, a następnie w ostatnich sekundach przed lądowaniem system lądowania wystrzelił rakiety, aby umożliwić mu zawisanie, podczas gdy linka opuszczała Curiosity na powierzchnię. Łazik wylądował na kołach, linka została odcięta, a system lądowania odleciał, by wylądować awaryjnie w bezpiecznej
Curiosity bada krater Gale i pozyskuje próbki skał, gleby i powietrza do analizy na pokładzie. Łazik wielkości samochodu jest tak wysoki jak koszykarz i wykorzystuje ramię o długości ponad 2 metrów, aby umieścić narzędzia blisko skał wybranych do badania. Duży rozmiar Curiosity pozwala na przenoszenie zaawansowanego zestawu 10 instrumentów naukowych.
Posiada narzędzia, w tym 17 kamer, laser do odparowywania i badania niewielkich, punktowych plamek skał na odległość oraz wiertło do zbierania sproszkowanych próbek skał. Poluje na specjalne skały, które powstały w wodzie i/lub mają oznaki organiczne. Tak liczne wyposażanie potrzebuje również efektywnego zasilania niestety ogniwa słoneczne nie dałyby rady nam tego zapewnić dlatego inżynierowie JPL wpadli na pomysł żeby łazik zasilić plutonem. MMRTG (Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator) czyli radioizotopowy termoelektryczny generator jest baterią ogniw sjądrowych, która z wysoką sprawnością zamienia energię jądrową w energię elektryczną. Całość składa się z dwóch głównych elementów: ze źródła energii termicznej, którym jest dwutlenek plutonu-238 i półprzewodnikowego zestawu termopary.
Curiosity niesie ze sobą największe, najbardziej zaawansowane instrumenty do badań naukowych, jakie kiedykolwiek wysłano na powierzchnię Marsa. Historia marsjańskiego klimatu i geologii zapisana jest w chemii i budowie skał i gleby. Curiosity odczytuje ten zapis, analizując sproszkowane próbki wywiercone ze skał. Mierzy również chemiczne odciski palców obecne w różnych skałach i glebach, aby określić ich skład i historię, zwłaszcza ich przeszłe interakcje z wodą [3 ,8 ,9].
Łazik Curiosity w centrum JPL NASA
Mars 2020
Co wspólnego mają bracia Wright oraz dron na Marsie? Wszyscy przeszli do historii dokonując niemożliwego. Zacznijmy od początku łazik Perseverance misji Mars 2020 jest częścią większego programu Mars Exploration Program NASA która ma za zadanie sprowadzenia próbek zebranych przez łazik Perseverance na Ziemie.
Robot eksplorujący czerwoną planetę z wyglądu niczym nie różni się od swojego starszego brata Curiosity. Perseverance ma za to inne urządzenie badawcze do prowadzenia naukowych, również różni się też innymi kołami ze względu na to że w Curiosity uległy zniszczeniu przez jeżdżenie po ostrych kamieniach.
Łazik planetarny Perseverance wyposażony w 7 urządzeń naukowo badawczych przede wszystkim w MOXIE ( ang. The Mars Oxygen ISRU Experiment ) czyli marsjański eksperyment produkcji tlenu technologia ta ma zbadać czy będzie możliwa produkcja tlenu z marsjańskiej atmosfery, a konkretnie z dwutlenku węgla. Dzięki tej misji projektanci przyszłych załogowych wypraw na Marsa będą mogli dowiedzieć się jak korzystać z marsjańskich zasobów do produkcji tlenu do oddychania ludzi i ewentualnie jako utleniacza do paliwa rakietowego.
Nasz łazik wylądował kraterze Jezero o złożonej historii geologicznej, który w odległej przeszłości mieścił jezioro. Łazik będzie wprowadzać wiertło, które może zebrać próbki rdzeniowe najbardziej obiecujących skał i gleb i odłożyć je na bok w „skrzynce” na powierzchni Marsa. Przyszła misja mogłaby potencjalnie zwrócić te próbki na Ziemię.
Pomogłoby to naukowcom badać próbki w laboratoriach za pomocą specjalnego sprzętu wielkości pomieszczenia, który byłby zbyt duży, aby zabrać go na Marsa.
Poza zbieraniem próbek oraz innowacyjnym rozwiązaniom produkcji tlenu z atmosfery innej planety, łazik planetarny Perseverance miał jeszcze jedno zadanie bezpiecznie przetransportować Ingenuity zrobotyzowany wiropłat. Ingenuity, o którym była mowa na początku o odbył pierwszy w historii astronautyki lot z napędem na planecie innej niż Ziemia. Dron wzniósł się pięć razy, była to przede wszystkim demonstracja nowej technologii. Ingenuity ma sprawdzić, czy technologia pozwala bezpiecznie latać bezpiecznie na Marsie. Dron komunikuje się z łazikiem Perseverance w trakcie lotu oraz bezpośrednio po każdym lądowaniu. Śmigłowiec jest zaprojektowany tak, aby przekazywał obrazy „z lotu ptaka” w rozdzielczości około dziesięciokrotnie większej niż obrazy orbitalne, a także obrazy miejsc, które mogą być przesłonięte dla kamer łazika Perseverance [6, 8].
Łazik Perseverance – wizualizacjaIngeniuty
Kolebka łazików
No dobra, ale gdzie te wszystkie łaziki powstają oraz kto za to odpowiada? Jet Propulsion Laboratory (Laboratorium Napędu Odrzutowego) jedno z centrów badawczych NASA, które znajduje się w Pasadenie w stanie Kalifornia. To właśnie tu powstają wszystkie łaziki, sondy i lądowniki oraz są tworzone misje bezzałogowe z wykorzystaniem robotów. Pracownicy JPL obejmują zróżnicowaną populację naukowców, inżynierów, technologów, programistów, komunikatorów, projektantów, ekspertów ds. bezpieczeństwa, administratorów biznesowych i innych. Gdy naukowcy oraz inżynierowie projektują misje, oraz roboty, to właśnie technicy budują łazik. Praca techników lotniczych jest wykonywana ręcznie oraz bardzo trudna, ponieważ w dużej mierze to właśnie od nich zależy czy łazik poleć, czy też nie, jedna mała niedokręcona śrubka może skutkować katastrofą oraz stratą setek milionów dolarów.
Lądownik InSight ze słynnym kretem polskiej produkcji, badającym marsjańską glebę, chiński łazik Zhurong czy helikopter Ingenuity — robotów na Marsie przybywa i są one coraz bardziej zaawansowane technologicznie. Zastosowanie ulepszonego systemu autonomicznej nawigacji w łaziku Perseverance pozwoliło mu poruszać się ok. 4 razy szybciej niż jeden z jego poprzedników, Curiosity. Jak marsjańskie roboty orientują się w przestrzeni i podejmują decyzje gdzie jechać dalej? Czy oprócz sztucznej inteligencji mają w sobie sztuczną ciekawość, która nakierowuje je na warte zbadania cele?
Autor: Milena Michalska
Łazik zdalnie sterowany
Komunikacja z Marsem, planetą zamieszkaną przez roboty, odbywa się za pomocą fal radiowych. Sygnał (np. sterujący) z Ziemi jest wysyłany przez ogromne anteny systemu Deep Space Network, odbierany przez satelitę przekaźnikowego (ang. relay satellite) na orbicie czerwonej planety i z orbity transmitowany do łazika lub sondy. Ta podróż danych trwa średnio 13 minut i nie może zostać przyspieszona za pomocą szybszych komputerów czy mocniejszych transmiterów radiowych — problemem jest nieprzekraczalna prędkość światła (prędkość propagacji promieniowania elektromagnetycznego, również sygnałów radiowych, w próżni). Dodatkowo, przez koszty komunikacji ziemscy operatorzy, dysponujący ograniczoną ilością danych, decydowali się często na dłuższe, ale bezpieczniejsze trasy do celu.
Perseverance Test Rover’s First Drive NASA/JPL-Caltech
Dane wejściowe
Miejsce lądowania łazika nie jest przypadkowe. Długo przed startem misji zostało przeanalizowane przez zespół specjalistów pod kątem celów misji. W trakcie planowania marsjańskiej wyprawy naukowcy zbierają dostępne dane np. zdjęcia satelitarne i wyznaczają interesujące punkty, które robot ma za zadanie zbadać lub pobrać próbki do dalszej analizy w ziemskich laboratoriach. Mimo prac koncepcyjnych nad algorytmami autonomicznej eksploracji (wyznaczania celów do zbadania), użycie ich w łaziku jest całkowicie nieopłacalne — propozycji celów naukowych wyznaczonych przez ludzi nie brakuje, a programy komputerowe mogą zostać przetestowane w warunkach symulacji opartej na zebranych danych.
Zadaniem autonomicznego łazika jest analiza powierzchni w czasie rzeczywistym — typ podłoża, nierówności terenu itp. – i optymalizacja wcześniej wyznaczonego szkicu trasy, by zebrać próbki jak najszybciej i nie narażać się na uszkodzenia. W tym celu pojazd musi też zbierać i przetwarzać dokładne dane o swojej lokalizacji.
Lasery i wizja
SLAM (Simultaneous Localization and Mapping), czyli równoczesne mapowanie terenu i lokalizacja to zbiór metod, dzięki którym robot zna swoje położenie i orientację w nieznanej przestrzeni. Algorytm zbiera dane z sensorów robota, np. żyroskop i akcelerometr, odczytuje przejechaną odległość na podstawie rotacji kół (tzw. odometria) itp. i przetwarza je, rekonstruując przejechaną trasę. Co ciekawe w ziemskich robotach to zadanie jest często realizowane na podstawie czujników laserowych (LiDAR), lecz zarówno w przypadku amerykańskiego łazika Perseverance, jak i chińskich łazików wysłanych na Księżyc podczas misji Chang’e 3 i 4, nie zdecydowano się na taki instrument na pokładzie, a SLAM oparto na wielu komplementarnych kamerach, łączonych w obraz stereowizyjny. Głównym powodem rezygnacji z czujników laserowych była ich masa oraz wysokie zużycie energii.
Niezawodność ponad autonomię
Rozwój oprogramowania do nawigacji i autonomicznego sterowania łazikiem w przypadku Perseverance skutkował ogromną oszczędnością czasu — razem z innymi usprawnieniami średnia prędkość poruszania się pojazdu to 120 m na godzinę (dla Curiosity było to ok. 20 m na godzinę). Wynik ten uzyskano nie tylko dzięki oddaniu kierownicy łazikowi, a również dokładniejszym mapowaniu i identyfikowaniu zagrożeń za pomocą algorytmów wizyjnych, składających obrazy z wielu kamer w trójwymiarowy obraz terenu.
Mimo nieprzerwanych badań i pracy nad algorytmami, które mogłyby same zadecydować które obiekty w pobliżu są odpowiednio ciekawe i warte zbadania, prawdopodobnie nieprędko zobaczymy roboty autonomicznie definiujące cele misji.
Komunikacja jest ważna w życiu codziennym, jak i na wojnie. Współczesna komunikacja na odległość jest najczęściej formą telekomunikacji, czyli nadawaniem lub odbieraniem informacji za pomocą przewodów, fal radiowych lub innych środków wykorzystujących energię elektromagnetyczną [1]. Ta wymiana danych pozwala nam rozmawiać na odległość, surfować po Internecie czy wysyłać informacje.
Autor: Kajetan Szostek
W czasie wojny komunikacja jest niezwykle ważna, gdyż pozwala koordynować działania wojenne, jak i komunikować się z cywilami. Przepływ informacji jest kluczowy do prowadzenia skutecznych operacji wojskowych, dlatego też wszelkie anteny, stacje transmisyjne, czy wieże przekaźnikowe są jednymi z pierwszych celi ataku. Wiele osób nie zdaje sobie sprawy jak łatwo uszkodzić, bądź wyłączyć popularne formy komunikacji, takie jak sieci telefoniczne czy połączenia światłowodowe. Wystarczy jeden pocisk, bomba czy rakieta, aby odciąć od informacji tysiące ludzi.
Siły zbrojne dysponują tzw. łącznością wojskową, która jest niezależna od cywilnych sieci telekomunikacyjnych. Komunikacja ta oparta jest najczęściej na łączności radiowej, radioliniowej, radiotelefonicznej, oraz satelitarnej. Rozwiązania te są bezprzewodowe, dzięki czemu oddziały jak i dowództwo mają możliwość przemieszczania się bez konieczności ciągnięcia za sobą kilometrów przewodów. Naziemna łączność radiowa ma jednak ograniczenia wynikające z przeszkód stojących na drodze pomiędzy nadajnikiem i odbiornikiem, jak i z ograniczeń zasięgu wynikających z krzywizny Ziemi.
Telekomunikacja satelitarna jest praktycznie pozbawiona tych wad. Kiedy jesteśmy pod gołym niebem i nic nie zasłania nam drogi do satelitów komunikacyjnych, można się bez przeszkód łączyć z sieciami satelitarnymi. System satelitarny jest rozwiązaniem bardzo drogim, gdyż wymaga od danego kraju rozwiniętego przemysłu kosmicznego w tym rakiet nośnych, satelitów, oraz stacji naziemnych. Oprócz wojskowej telekomunikacji istnieją także komercyjne systemy komunikacji satelitarnej, jak na przykład Inmarsat czy Starlink.
Dostęp do sieci Starlink na terenie Ukrainy[7]
26.02.2022 Elon Musk udostępnił usługę szerokopasmowego internetu Starlink na terytorium Ukrainy [3]. Następnie, firma SpaceX dostarczyła anteny dla mieszkańców i wojska. Pod koniec marca wiceminister Ukrainy Mychaiło Fedorow poinformował media, że na terytorium Ukrainy znajduje się już ponad 5000 terminali SpaceX [4]. Dodatkowo terminale Starlink zostały zaktualizowane, tak aby zmniejszyć maksymalny pobór mocy, dzięki czemu mogą być one podłączone nawet do gniazdka zapalniczki samochodowej [5]. Dzięki temu ludność Ukrainy może na bieżąco pokazywać światu działania wojsk rosyjskich na swoim terytorium, otrzymywać informację o wsparciu z zachodu jak i komunikować się ze swoimi bliskimi. Ma to znaczący wpływ na morale mieszkańców jak i wojska. Cywile wiedzą bowiem, że są to komunikaty prawdziwe i aktualne, ponieważ czerpią je z wielu niezależnych źródeł. Oprócz wojny kinetycznej trwa też woja propagandowa prowadzona przez obie strony. Ukraińcy wstawiają do sieci mnóstwo filmów i zdjęć ze strącanymi śmigłowcami i zniszczonymi pojazdami wroga. Władze rosyjskie i ukraińskie próbują pokazać światu, jak i swoim obywatelom, że wygrywają i zadają większe straty przeciwnikowi. Żadna ze stron tej wojny nie pokazuje natomiast swoich strat. Są jednak portale i grupy amatorów w sieci, które starają się policzyć i skatalogować zniszczony sprzęt, tak aby nie dać się omamić próbom umieszczenia zdjęć jednego pojazdu z kilku kadrów w sieci. Taka strona to np. www.oryxspioenkop.com.
Oprócz przekazywania informacji mających charakter propagandowo-informacyjny, część terminali służy również wojsku i władzom Ukrainy. Najprawdopodobniej, właśnie za pomocą tego sprzętu armia, oraz wywiad ukraiński otrzymuje zdjęcia satelitarne od „cichych sojuszników” z zachodu. Dzięki przewadze informacyjnej wojska ukraińskie wiedzą dokładnie gdzie jest przeciwnik i jakie są jego słabe punkty.
Kolumna rosyjska na wschód od Kijowa. [8]
Na powyższym zdjęciu można zobaczyć jak szczegółowe są zdjęcia satelitarne dostępne komercyjnie. Można na nich dokładnie policzyć ilość pojazdów, sprawdzić, jakie to są pojazdy, oraz oszacować ile ludzi znajduje się w danym miejscu. A to jest zapewne tylko część tego, do czego są zdolne satelity wojskowe krajów członkowskich NATO. „Cisi sojusznicy” Ukrainy na pewno nie przesyłają im dokładnych zdjęć sił rosyjskich, by nie zdradzać, do czego zdolne są ich systemy satelitarne. Zamiast tego, udostępniają im obrobione dane, które są na tyle dokładne, że pozwalają artylerii ukraińskiej siać zniszczenie w siłach agresora.
W ostatnich tygodniach świat obiegły zdjęcia oraz filmy przedstawiające masowe groby i ciała cywilów na ulicach [6]. Te straszne informacje zostały przekazane opinii publicznej natychmiastowo, dzięki telekomunikacji satelitarnej. Tak szybkie ukazanie zbrodni nie pozwoliło władzom rosyjskim na zbudowanie żadnej wiarygodnej historii, która mogłaby to zdarzenie tłumaczyć lub próbować zrzucić winę na wojska ukraińskie. [9]
Konflikt na Ukrainie pokazał jak istotną rolę, na współczesnym polu walki, odgrywa przepływ informacji, oraz wojna propagandowa. Dzięki przewadze w domenie informacyjnej wojska ukraińskie stawiają zaciekły opór wojskom rosyjskim, niszcząc artylerią kolumny przeciwnika, tym samym zadając im dotkliwe straty. Znając dokładne pozycje agresora, obrońcy przygotowują obronę w miejscach zagrożonych atakiem, nie obawiając się, że ich siły są rozlokowane na złych pozycjach. Cywile natomiast wiedzą kiedy dokładnie muszą się ewakuować i jaki jest faktyczny stan wojny.
Przemysł kosmiczny rozwija się w zatrważającym tempie, a do podboju przestworzy dołącza coraz więcej państw, jak również innych podmiotów. To wszystko prowadzi do większej ilości badań i prac nad rozwiązaniami technicznymi oraz wynalazkami. W związku z powyższym częściej będzie pojawiała się potrzeba zastosowania ochrony patentowej w przestrzeni kosmicznej, dlatego warto przyjrzeć się tej kwestii już teraz. W pierwszej części rozważymy rozwiązania przyjęte na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.
Małgorzata Popiel
Dlaczego prawo patentowe jest problematyczne w przypadku kosmosu?
W przeciwieństwie do prawa autorskiego prawo do ochrony wynikającej z nadania patentu ograniczone jest do terytorium, na którym je udzielono. Przykładowo, aby uzyskać ochronę w Polsce, można wybrać procedurę krajową, czyli rejestrację bezpośrednio w Urzędzie Patentowym Rzeczypospolitej Polskiej – lub regionalną dokonywaną w Europejskim Urzędzie Patentowym [1]. Ponadto Polska jest członkiem Układu o Współpracy Patentowej z 19 czerwca 1970 roku, który pozwala na zgłoszenie patentu w trybie międzynarodowym z takim skutkiem jak rejestracja krajowa [2].
W przestrzeni kosmicznej pojawiają się przede wszystkim dwa dylematy. Pierwszy z nich to określenie państwa pochodzenia wynalazku stworzonego w kosmosie, a drugi to jak wygląda ochrona wynalazków w przestrzeni pozaziemskiej. Szukania rozwiązań rozpoczniemy od przyjrzenia się, jak poradzono sobie z rozstrzygnięciem obu kwestii na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.
Wynalazki, a Międzynarodowa Stacja Kosmiczna
W jaki sposób poradzono sobie z tym problemem na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS)? Tak jak w przypadku innych prawnych aspektów, ramy własności intelektualnej na ISS można ustalić na podstawie umowy wielostronnej podpisanej przez partnerów programu. [3].
ISS składa się z modułów, które należą do różnych partnerów, przez co w każdym istnieje inny reżim prawny, zgodny z tym, który istnieje w danym państwie. Podobnie rozwiązano kwestie patentowe. Państwa rejestrują swoje wynalazki na zasadach krajowych, zachowując przy tym jurysdykcję, kontrolę oraz własność [4]. Jeżeli wynalazek zostanie wykonany w kanadyjskim laboratorium, to w zgłoszeniu patentowym jako kraj wytworzenia zostanie podana Kanada. Oczywiście tak jak w przypadku ziemskich patentów, wynalazek można zarejestrować również w innych państwach. Jeśli chodzi o państwa członkowskie ESA (Europejska Agencja Kosmiczna), każde może uznać europejski wynalazek za stworzony na jego terytorium. Jednak w przypadku rejestracji patentu w innym regionie, wynalazca musi wybrać konkretne państwo jako miejsce stworzenia wynalazku [5]. Analogicznie rzecz biorąc, ochrona udzielona w danym państwie rozciąga się również na moduł do niego należący. Oznacza to, że jeśli w Japonii udzielono patentu na dany wynalazek, będzie podlegał on ochronie wyłącznej także w japońskim laboratorium Kibo.
Pierwsze dekady XXI wieku przyniosły znaczny rozwój inżynierii kosmicznej; miliarderzy co rusz prześcigają się w osiągnięciach w tym nowym wyścigu. Stawka jest ogromna – stałe osiedlenie człowieka w kosmosie. Perspektywa migracji poza naszą planetę od lat rozbudza wyobraźnię fanów gatunku science-fiction. Pomimo tego, że życie na Marsie czy Księżycu wydaje się odległą odyseją pełną wyzwań i niebezpieczeństw, taka wizja coraz bardziej staje się prawdopodobna. Dzięki najnowszym badaniom ludzkość posiada już w zanadrzu zaawansowane technologie będące w stanie sprostać takim trudnościom. Jesteśmy o krok od rozpoczęcia kosmicznej kolonizacji. Plany dotyczące kosmicznych misji załogowych zmuszają nas do spojrzenia na zagadnienia dotyczące zdrowia psychicznego i fizycznego, bo tworząc habitat jesteśmy zobowiązani do stworzenia optymalnych warunków do funkcjonowania w nim. Czy zastanawialiście się może jak będzie wyglądać życie takiego kosmicznego osadnika? O czym powinniśmy pamiętać planując życie takiego rezydenta? Jakie czynniki wpływają na zdrowie człowieka w izolacji? Co możemy zrobić, aby zoptymalizować prace mieszkańca?
By Aleksandra Wilczyńska
Co sprawia, że w bazie kosmicznej będzie żyło się inaczej?
Inne przyśpieszenie grawitacyjne
W warunkach zmniejszonego przyśpieszenia grawitacyjnego nasze ciało musi wykonać mniejszą ,,pracę”, aby móc się poruszać czy utrzymać w pionowej pozycji. Może to prowadzić do zaniku mięśni oraz zmniejszenia gęstości kości. Co gorsze, kondycja naszego układu sercowo-naczyniowego ulega znacznej degradacji. [1] Remedium w tym wypadku stanowią regularne ćwiczenia fizyczne, najlepiej z obciążnikami. Zachowanie sprawności fizycznej jest też ważne w przypadku chęci powrotu na Ziemię. Ciało przystosowane do życia w kosmosie doświadczyłoby poważnych konsekwencji zdrowotnych w konsekwencji powrotu do ,,normalnych’’ warunków grawitacyjnych.
Zamknięta, ograniczona przestrzeń
Aby zapewnić bezpieczeństwo i odpowiednie warunki do podtrzymania życia astronauci będą zmuszeni do przebywania praktycznie bez przerwy w zamkniętej przestrzeni. Tylko w taki sposób będziemy w stanie zasymulować środowisko zbliżone do tego na Ziemi. Brak otwartego terenu może w dalszej perspektywie poważnie wpłynąć na psychikę człowieka. Nasz mózg podświadomie kojarzy otwartą przestrzeń z wolnością, a co za tym idzie – z poczuciem bezpieczeństwa. Długotrwałe przebywanie w zamkniętej kapsule może stać się bardzo przytłaczające. Mieszkańcy będą mieli poczucie braku swobody i komfortu. Mówi się, że największym zagrożeniem dla człowieka w kosmosie jest drugi człowiek. Podczas misji jesteśmy zamknięci na małej powierzchni z grupą kilkunastu ludzi. Załogi są sztucznie dobierane tak, aby w pełni wykorzystać potencjał każdego astronauty i dostępne zasoby ludzkie. Często przy doborze nie jest brana pod uwagę wzajemna sympatia astronautów. W takich warunkach bardzo łatwo o konflikty i nieporozumienia. Ważne jest zatem budowanie odpowiedniej i zdrowej komunikacji oraz zapewnienie odpowiedniego, prywatnego miejsca dla każdego osadnika. Dodatkowym rozwiązaniem może okazać się design pomieszczeń zaprojektowany tak, aby zasymulować otwartą przestrzeń.
Inny cykl dobowy, ograniczony dostęp do światła słonecznego
Rezerwacja jednej doby w hotelu na Księżycu w zupełności wystarczyłaby, aby zapełnić nam cały urlop. Dlaczego? Otóż sam dzień na srebrnym globie trwa 14 dni, a noc drugie tyle. Inaczej sprawa wygląda na Marsie. Tutaj sytuacja jest całkiem zbliżona do Ziemi – doba trwa o około 40 minut dłużej niż na Ziemi. Jakie znaczenie ma to dla przyszłych astronautów? Otóż światło słoneczne w znaczącym stopniu reguluje nasz zegar biologiczny oraz jest odpowiedzialne za produkcje witaminy D w naszym organizmie. Światło pobudza pracę układu nerwowego, w przypadku jego upośledzenia jesteśmy narażeni na obniżenie nastroju. Ma to szerokie konsekwencje w funkcjonowaniu i produktywności człowieka. Jesteśmy narażeni na problemy z koncentracją, brak energii oraz motywacji czy wahania nastrojów. Ma to wyraźne przełożenie na funkcjonowanie całej załogi, gdyż w takich warunkach łatwo o zaognienie konfliktów i sporów. Złe samopoczucie astronauty w znaczący sposób może wpłynąć na niepowodzenie misji. Czym natomiast skutkuje niedobór witaminy D? Jest ona przede wszystkim odpowiedzialna za wchłanianie wapnia i fosforanów. Te pierwiastki są natomiast odpowiedzialne za utrzymanie zdrowych kości i mięśni. Taki niedobór w połączeniu z konsekwencjami zmniejszonej grawitacji mógłby spowodować poważne problemy zdrowotne, a nawet stanowić zagrożenie życia astronauty. Aby rozwiązać problem ograniczenia dostępu do światła słonecznego jesteśmy zobowiązani do zamontowania specjalistycznych lamp imitujących światło o odpowiednich częstotliwościach tak, aby za stymulować produkcję witaminy D. Również powinniśmy zadbać o odpowiednią suplementację w diecie takiego astronauty.
Promieniowanie kosmiczne
Niewątpliwie ogromnym niebezpieczeństwem, jakie może nam grozić w kosmosie jest promieniowanie kosmiczne. Zapewnienie ochrony przeciwradiacyjnej stanowi jedno z największych wyzwań do rozwiązania. Księżyc nie posiada ochronnego pola magnetycznego ani atmosfery, która byłaby w stanie zapewnić naturalną tarczę. Astronauci, którzy przybędą na srebrny glob, będą narażeni na promieniowanie nawet 1000 razy silniejsze niż panujące na Ziemi. [2] Jest to niezwykle niebezpieczny czynnik utrudniający misje załogowe. Każde wystawienie na promieniowanie prowadzi do zwiększonego prawdopodobieństwa przekształcenia komórki prawidłowej w komórkę nowotworową. [3] Przyszłe habitaty będą musiały być więc okryte grubą warstwą regolitu tak, aby zapewnić odpowiednią ochronę.
Fot. Milena Michalska
Jak może wyglądać przykładowy dzień mieszkańca habitatu?
Sen
W celu zachowania dobrej kondycji psychicznej i fizycznej mieszkaniec bazy powinien zachować odpowiednią jakość higieny snu. Nieodpowiednia jego ilość łączy się z szeregiem dolegliwości upośledzających produktywność człowieka. Należą do nich między innymi: senność, znużenie, spadek motywacyjny czy nawet stany depresyjne. [4] Badania dowodzą, że sen łączy się bezpośrednio z umiejętnością jasnego myślenia, szybkiego reagowania oraz tworzenia wspomnień. [5] Są to z pewnością niezbędne umiejętności w tak odmiennych warunkach, jakie stwarza kosmos. Odpowiednio zbilansowana higiena snu zakłada jego adekwatną ilość dostosowaną do preferencji człowieka, regularność pór oraz unikanie bodźców rozpraszających i przeszkadzających w zaśnięciu (np. ekrany multimedialne, pracujące maszyny).[6] Pora snu powinna być ustalona w harmonogramie jako niezmienny punkt. Astronauta w związku z tym będzie miał możliwość indywidualnego dostosowania swojej długości snu, jednakże powinien na początku misji ustalić swoją stałą porę rozpoczęcia i zakończenia regeneracji i jej się trzymać.
Optymalna korzystna długość snu dla dorosłego człowieka oscyluje między 7 a 9 godzin. [6] Sen poniżej tej wartości skutkuje przybieraniem na wadze i otyłością, nadciśnieniem, chorobami serca oraz depresją. Co więcej, wiąże się też z upośledzeniem funkcji immunologicznych, zmniejszoną odpornością na ból, pogorszoną wydajnością oraz zwiększa prawdopodobieństwo popełnienia błędu czy spowodowania wypadku. [6]
Miejsce snu powinno być specjalnie przystosowane do zażywania go w komfortowych warunkach. W celu zapewnienia odpowiedniej stabilizacji i umocowania człowieka pościel będzie zawierać specjalne obciążniki. Przestrzeń wokół łóżka powinna być pozbawiona jasnego światła, migających ekranów czy głośnych urządzeń. Znaczącym czynnikiem regulującym sen jest światło słoneczne o systematycznym cyklu. Kwatery będą zawierać lampy symulujące takie warunki służące regulacji zegara biologicznego. Temperatura pomieszczenia powinna oscylować w chłodniejszym zakresie. [5]
Pomiary zdrowia i parametrów życiowych astronauty
Każdy astronauta będzie rozpoczynał i kończył dzień od szczegółowych pomiarów parametrów życiowych. W tym celu mieszańcy udadzą się do specjalnego pomieszczenia medycznego, w którym zostaną zważeni oraz dokonają pomiaru temperatury i ciśnienia. Po tym otrzymają szczegółową medyczną informację zwrotną dotyczącą ich stanu zdrowia. Pełni to głównie role profilaktyczną, gdyż od dobrego stanu zdrowia mieszkańców zależy powodzenie misji. Dodatkowo w celu stałej kontroli paramentów życiowych, każdy astronauta będzie wyposażony w specjalne opaski monitorujące. Do parametrów pobieranych przez taką opaskę będą należeć: ciśnienie, temperatura ciała, częstość pracy serca oraz saturacji krwi (pulsokrymetia). W harmonogramie astronauty będzie się również zawierać cotygodniowa konsultacja medyczna zawierająca badanie wzroku, pomiar gęstości kości i EKG. Dodatkowo w razie potrzeby mieszkaniec będzie miał możliwość wykonania badania krwi i moczu, badania równowagi i orientacji przestrzennej oraz pomiaru funkcji płuc (spirometria). Astronautów będzie obowiązywała comiesięczna konsultacja psychologiczno-psychiatryczna.
Posiłki
Regularne spożywanie posiłków (w szczególności śniadań), zmniejszona ich częstotliwość (tj. 2-3 posiłki dziennie) oraz stała pora przynosi liczne korzyści fizjologiczne takie jak poprawa rytmu krążenia i odporności na stres. Dodatkowo taka praktyka wspiera modulację mikroflory jelitowej. [7] Brak regularności może natomiast skutkować przyrostem masy ciała oraz zaburzeniami hormonalnymi, które w dalszej perspektywie mogą prowadzić do chorób metabolicznych i sercowo-naczyniowych. [7] Astronauci mają więc w harmonogramie zaplanowane trzy główne posiłki pozwalające pokryć ich dzienne zapotrzebowanie kaloryczne. Dieta każdego mieszkańca będzie spersonalizowana pod kątem zapotrzebowania mikro i makroelementowego. Posiłki będą dostarczone w formie gotowej, wymagającej minimalnego wkładu w przygotowanie. Każdy mieszkaniec będzie miał odgórną zaleconą ilość wody, jaką będzie musiał spożyć w ciągu dnia.
Praca i przeprowadzanie badań
Naukowcy praktycznie bezsprzecznie zgadzają się, że optymalny czas pracy człowieka to 6 godzin dziennie. [8] W celu optymalizacji i zwiększenia efektywności harmonogram pracy mieszkańców powinien zostać dostosowany pod ich naturalny rytm dobowy. [9] Ludzie z reguły mają dobrze zdefiniowany zegar wewnętrzny, który kształtuje nasz poziom energii w ciągu dnia. [9] Większość pracy skupia się na czterech godzinach porannych o czasie, gdzie nasz mózg jest najbardziej produktywny. [8] Po nich następuje przerwa obiadowa w momencie, w którym aktywność mózgu zdecydowanie spada. Kolejna tura pracy rozpoczyna się o godzinie 17, wraz z następnym szczytem efektywności organizmu. [8] Mieszkańców czekają również trywialne czynności jak sprzątanie i utrzymanie przestrzeni w odpowiednim stanie.
Ćwiczenia fizyczne
Aktywność fizyczna jest najskuteczniejszym sposobem na przeciwdziałanie niekorzystnemu wpływowi nieważkości na organizm człowieka. Ćwiczenia fizyczne powinny stanowić zatem istotną częścią codziennej rutyny w bazie. [10] W tym celu astronauci mają zawarte w harmonogramie 2 godziny aktywności fizycznej dziennie skupiających się głównie na ćwiczeniach siłowych i aerobowych. [11] Zaniedbanie tej części dnia może doprowadzić do redukcji masy mięśniowej, zmniejszeniu ogólnej siły, gęstości kości oraz sprawności układu sercowo- naczyniowego. Utrzymanie dobrej kondycji stanowi klucz do zdrowego trybu życia. Co ciekawe, przez aktywność fizyczną dbamy również o swoje zdrowie psychiczne. Ćwiczenia będą również sposobnością dla mieszkańców do zaznania chwili relaksu i wyciszenia podczas wymagających treningów.
Relaks i rozrywki
Zapewnienie odpowiedniej ilości relaksu jest niezwykle istotne w planowaniu misji. Nasi mieszkańcy muszą mieć możliwość odpoczynku i regeneracji. Niesie to ze sobą wiele korzyści zdrowotnych [12] takich jak obniżenie ciśnienia krwi, złagodzenie bólu czy usprawnienie funkcjonowania układu immunologicznego oraz sercowo-naczyniowego. Zaniedbanie natomiast prowadzi do przewlekłego bólu głowy, problemów trawiennych, stanów lękowo-depresyjnych oraz obniża zdolności skupienia i koncentracji. [13]
Fot. Milena Michalska
Jakie przykładowe rozrywki mogą pojawić się w bazie?
Joga
Badania wskazują, że wykonywanie jogi pod koniec dnia korzystnie wpływa na efektywność i jakość snu.[15] W związku z tym w bazie codziennie będą prowadzone zajęcia z jogi dla całej załogi. Ćwiczenia relaksacyjno-oddechowe mogą stanowić dopełnienie treningu oraz będą pełniły funkcję relaksacyjną.
Kino
Oczywistą rozrywką będzie dostęp do szerokiej biblioteki filmowej. Poprzez wspólne oglądanie filmów astronauci będą na bieżąco z najnowszymi trendami panującymi na Ziemi. Będą stanowiły one również urozmaicenie codziennej egzystencji.
Planszówki
Na terenie bazy będzie dostępna bogata biblioteka planszówek. Mieszkańcy będą mieli możliwość zagrania w różne gry integracyjne czy kooperacyjne. Ma to za cel zjednoczenie grupy i umocnienie relacji. Badania naukowe dowodzą, że granie w planszówki przynosi szereg korzyści dla rozwoju naszego mózgu [14]. Stymuluje ono obszary mózgu odpowiedzialne za kształtowanie pamięci oraz skomplikowane procesy myślowe. Zaangażowanie w rozgrywkę pomaga w ćwiczeniu istotnych umiejętności poznawczych, takich jak podejmowanie decyzji, myślenie strategiczne wyższego rzędu i rozwiązywanie problemów. Dodatkowo oczywistą zaletą jest rozwijanie umiejętności i kompetencji społecznych.
Golf
Większość z nas kojarzy widok astronauty z kijem golfowym. Nasi osadnicy będą mieli możliwość zagrania w golfa niczym pierwsze załogi Apollo.
Gry VR
Zabawa grami VR w warunkach mniejszej grawitacji może stanowić jedną z najfajniejszych rozrywek- kto nie chciałby skakać na 2 metry jednocześnie przebywając w wirtualnej rzeczywistości? Takie gry mogłyby ćwiczyć refleks i koordynację ruchową, a jednocześnie stanowić klucz do zapewnienia poczucia otwartej przestrzeni.
Artykuł przygotował członek zespołu Innspace w ramach współpracy z marką HOYA
Teleskopy diametralnie zmieniły postrzeganie i zrozumienie świata rozciągającego się poza naszą planetą. Dzięki pierwszym obserwacjom Galileusza i Newtona w XVII w. mogliśmy udowodnić, że to Słońce jest centrum naszego układu planetarnego, a także ze względu na odległość jaka dzieli nas od najbliższych gwiazd, spojrzeć w przeszłość i poznać prawa rządzące wszechświatem. Dzisiaj korzystamy z najróżniejszych i bardzo zaawansowanych teleskopów naziemnych oraz tych wyniesionych poza naszą ziemską atmosferę, a urządzenia te w sposób diametralny zmieniły nasze postrzeganie rzeczywistości, w której żyjemy.
Autor: Cyrus Sidor
Rodzaje teleskopów
Teleskop to przyrząd optyczny służący obserwacji bardzo odległych obiektów. W technice optycznej rozróżniamy trzy podstawowe rodzaje teleskopów:
Refraktory (soczewkowe)
To teleskopy w postaci długiej tuby wykorzystujące soczewki do załamania światła i utworzenia obrazu. Ogniskowa (powiększenie) teleskopu zależy od odległości, jaką przebędzie światło po przejściu przez soczewkę, a więc zależy wprost od wielkości teleskopu.
Reflektory (zwierciadlane)
Są to teleskopy wykorzystujące zamiast soczewek zwierciadła. Dzięki odbiciu i skupieniu światła w zwierciadle wklęsłym można uzyskać duże powiększenie obrazu przy znacząco mniejszych rozmiarach przyrządu w porównaniu do refraktorów.
Katadioptryczne (zwierciadlano-soczewkowe)
To teleskopy łączące zalety dwóch poprzednich rodzajów. W swojej budowie wykorzystują zarówno soczewki jak i zwierciadła. Są konstrukcjami stosunkowo kompaktowymi.
Jak można zauważyć na grafice (Rys. 2), teleskopów kosmicznych powstało wiele, każdy z nich jednak obserwuje wszechświat nieco inaczej, gdyż zajmuje się obserwacjami różnych długości fal elektro-magnetycznych. Rozróżniamy teleskopy obserwujące podczerwień, światło widzialne, ultrafiolet, promienie Roentgena (X-ray) oraz Gamma.
Rys. 1 Przebieg promieni świetlnych w teleskopach [https//pl.levenhuk.com/telescopes-guide/]
Refraktory
• Podwójne
• Potrójne
• wiele innych
Reflektory
• Typu Newtona
• Typu Dobsona
• wiele innych
Katadioprtyczne
• Makustowa-Cassegraina
• Schmidta-Cassegraina
• wiele innych
Są to podstawowe rodzaje teleskopów optycznych. Jak się później okazało, obserwacja odległych obiektów z powierzchni ziemi ma swoje zasadnicze ograniczenia wynikające z obecności atmosfery, która zakłóca obraz. Odkąd człowiek zaczął eksplorować przestrzeń kosmiczną możliwe było wyeliminowanie tego problemu.
Teleskopy kosmiczne
Wysłanie teleskopu w przestrzeń kosmiczną otworzyło nową erę w obserwacjach astronomicznych. Dzięki temu możliwe było nie tylko wyeliminowanie zakłóceń wynikających z rozpraszania światła przez ziemską atmosferę, ale również obserwacja kosmosu w innych zakresach długości fal elektromagnetycznych, które nie docierają do powierzchni naszej planety.
Jak można zauważyć na grafice (Rys. 2), teleskopów kosmicznych powstało wiele, każdy z nich jednak obserwuje wszechświat nieco inaczej, gdyż zajmuje się obserwacjami różnych długości fal elektro-magnetycznych. Rozróżniamy teleskopy obserwujące podczerwień, światło widzialne, ultrafiolet, promienie Roentgena (X-ray) oraz Gamma.
Rys. 2 Grafika przedstawiająca wysłane na orbity teleskopy kosmiczne [https://historicspacecraft.com/Diagrams/T/
Space_Telescopes_RK2011_1200x700.jpg]Rys. 3 Rozkład promieniowania elektro-magnetycznego wraz z przenikalnością przez ziemską atmosferę
[https://jasnejakslonce.pzh.gov.pl/artykuly/13-swiatlo-uv-czym-jest-i-jak-oddzialuje-na-organizmy-zywe]
Teleskopy obserwujące w podczerwieni
Zadaniem tych teleskopów jest obserwacja obiektów zbyt zimnych by emitować światło widzialne, takich jak brązowe karły (rodzaj gwiazdy) lub mgławice pyłowe. Obserwacja musi być prowadzona w bardzo chłodnych warunkach, aby konstrukcja teleskopu (również emitująca promieniowanie podczerwone) nie zaburzała obserwacji. Teleskopy takie najczęściej są chłodzone ciekłym helem. Przykładami takich konstrukcji jest teleskop Spitzer [10], wprowadzony do użytku przez NASA, który działał od 2003 roku oraz Herschel [6] wyniesiony na orbitę przez ESA w maju 2009. Niestety po kilku latach zakończyły swoje działanie ze względu na brak środka chłodzącego.
Teleskopy obserwujące w świetle widzialnym
Najbardziej znanym teleskopem kosmicznym i zarazem obserwującym wszechświat w świetle widzialnym jest teleskop Hubble’a [7]. Ma on możliwość obserwacji wszechświata również w bliskiej podczerwieni oraz służy obserwacjom głębokiego kosmosu. Od 1990 roku kiedy został wyniesiony na orbitę wykonał ponad 1,4 miliona obserwacji i przyczynił się do powstania ponad 18 tys. publikacji naukowych. Przez lata jego możliwości były usprawnianie, a obrazy które przesłał na ziemię zrewolucjonizowały naszą wiedzę na temat budowy i wieku wszechświata.
Teleskop Hubble’a ma w tym roku (2021) zostać zastąpiony przez teleskop Jamesa Webba [8], który ma mieć szersze spektrum obserwacji oraz zdecydowanie zwiększoną czułość sensorów. Innym przykładem teleskopu, który od 2009 roku stara się wychwycić obecność planet na tle gwiazd i operuje w świetle widzialnym jest teleskop Kepplera [9].
Rys. 4 Teleskop Herschel [6]Rys. 5 Schemat budowy teleskopu Hubble’a
[http://www.coseti.org/9008-065.htm]
Teleskopy obserwujące w promieniach Roentgena
Teleskopy tego typu służą obserwacji bardzo gorących obiektów (1 – 100 mln. stopni Celsjusza). Ich budowa jest zupełnie inna niż wcześniej opisanych teleskopów, gdyż wyłapują silnie energetyczne fale, które odbiją się od lustra teleskopu – na podobnej zasadzie jak rzucony kamień może odbić się od tafli wody – i kierują je na detektor. Przykładami są teleskopy Chandra [4] oraz XMM-Newton [11]. Służą do obserwacji takich obiektów jak kwazary, gwiazdy neutronowe, ogromnych mgławic i obiektów zasysanych przez czarne dziury.
Teleskopy obserwujące w promieniach Gamma
Tego rodzaju teleskopy nie posiadają luster. Zamiast nich korzystają ze specjalnych detektorów, które mogą wychwycić najbardziej energetyczne cząstki we wszechświecie – promienie gamma. Przykładem takiego teleskopu jest teleskop Fermi’ego [5], który zbiera dane w zakresie energetycznym rzędu 10 keV – 300 GeV. Służy obserwacjom aktywnych galaktyk, blazarów, wyrzutów promieniowania gamma oraz rozbłysków słonecznych.
Artykuł przygotował członek zespołu Innspace w ramach współpracy z marką HOYA
Narząd wzroku jest niezwykle ważny na Ziemi, ponieważ zapewnia nam możliwość widzenia świata (albo przynajmniej jego iluzji w naszych mózgach), odkrywania go oraz reagowania na zmiany w środowisku, które mogą stanowić zagrożenie. Ale czy zastanawialiście się kiedyś, czy narząd wzroku mógłby być równie adaptacyjnym narzędziem, gdybyśmy ewoluowali na innej planecie? Cóż, można tylko spekulować na ten temat, gdyż do tej pory mamy wiedzę tylko na temat życia na Ziemi (wyjątek stanowią najnowsze doniesienia dotyczące Wenus [1]). Jednakże podbój kosmosu wydaje się być coraz mniej odległy, a oczy astronautów, którzy do tej pory doświadczyli życia poza Ziemią, nie pozostają obojętne na warunki kosmiczne. Przyjrzyjmy się dziś, co się dzieje z oczami astronautów w kosmosie.
Arkadiusz Kołodziej (he/his)
Visiting Graduate Student, Biomedical Sciences, Department of Anesthesiology , University of Virginia School of Medicine
Badania wzroku wśród astronautów
NASA (National Aeronautics and Space Administration) przez lata prowadziła rutynowe badania lekarskie astronautów przed oraz po locie w kosmos. Wielu z nich zgłosiło objawy związane z narządem wzroku – zaburzenia ostrości widzenia oraz trudności z widzeniem w bliży [2]. Liczne badania przeprowadzone w dziedzinie kosmicznej neurologii oraz okulistyki wskazują, że przyczyną tego zjawiska może być mikrograwitacja, a właściwie jej skutki dla całego układu hydraulicznego ludzkiego organizmu [3].
Komandor misji na ISS Leroy Chiao, PhD, wykonujący badanie USG oka innego astronauty Salizhan’a Sharipov’a. Źródło: https://www.aamc.org/news-insights/space-medicine-new-frontier-aspiring-physicians
Wpływ warunków kosmicznych na organizm
Na Ziemi, pod wpływem siły przyciągania, największe ciśnienie hydrostatyczne płynów znajduje się najniżej, czyli w kończynach dolnych. W kosmosie na nasze ciała nie działa żadna siła przyciągania (w dużym uproszczeniu), więc ciśnienie płynów w każdej części naszego ciała jest wyrównane. Oznacza to, że będąc w kosmosie, znajdziemy się w sytuacji, w której równie dużo płynów co w nogach, przedostanie się do naszej głowy, która w warunkach ziemskich znajduje się najdalej (najwyżej) od środka ciężkości.
Redystrybucja płynów krążących w naszym ciele związana z obniżoną grawitacją powoduje, że więcej krwi trafia do górnych partii ciała, co prowadzi do zwiększenia ciśnienia wewnątrzczaszkowego, zatkania zatok i bólów głowy [2]. Astronauci mają też wtedy charakterystyczny wygląd. Stosuje się takie terminy jak puffy face albo pig face oraz chicken/bird legs (to oficjalne terminy stosowane w medycynie kosmicznej!), ponieważ po odpłynięciu z kończyn dolnych sporych objętości krwi, nogi astronautów wydają się być szczuplejsze, a twarz opuchnięta.
Huang, A. S., Stenger, M. B. & Macias, B. R. Gravitational influence on intraocular pressure: Implications for spaceflight and disease. J. Glaucoma 28, 756–764 (2019).
A. Fotografia przedstawia obrzęk tarczy nerwu wzrokowego po locie kosmicznym. Zmiana ta stanowi główny objaw SANS. B. Poszerzenie pochewki nerwu wzrokowego (obrzęk) oraz spłaszczenie tylnej części gałki ocznej (strzałki wskazują na płyn znajdujący się za gałką oczną). C. Zmiany wskazujące na zwyrodnienie błony naczyniowej: fałdy naczyniówki (czarne strzałki) oraz „ogniska kłębków waty” (biała strzałka).
Spaceflight Associated Neuro-ocular Syndrome
Skutkiem tych procesów jest najważniejsze dla oczu astronautów zjawisko zwane SANS, czyli Spaceflight Associated Neuro-ocular Syndrome. Prawdopodobną przyczyną tego zespołu jest właśnie wzrost ciśnienia wewnątrzczaszkowego, który prowadzi do obrzęku tarczy nerwu wzrokowego, potwierdzonego w badaniach obrazowych. Skutkuje to niewyraźnym widzeniem – problem ten dotyka większości astronautów, dlatego na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS) znajdują się też okulary o różnych wartościach korekcyjnych. Poza obrzękiem tarczy nerwu wzrokowego, u części astronautów dochodzi do zwyrodnienia błony naczyniowej lub zawałów w obrębie włókien nerwowych tworzących nerw wzrokowy, widocznymi w badaniu dna oka. Schorzenia te brzmią przerażająco, natomiast w zdecydowanej większości przypadków ustępują samoistnie w ciągu kilku tygodni/miesięcy po powrocie na Ziemię. Niestety, zostały także udokumentowane przypadki trwałych zmian w obrębie narządu wzroku. Mogą one stanowić ryzyko pogorszenia widzenia w przyszłości, dlatego tak istotne jest zadbanie o astronautów i ich wzrok w kosmosie [4]. Na szczęście takich przypadków do tej pory odnotowano niewiele. Co więcej, SANS nigdy nie stanowił bezpośredniego zagrożenia wymagającego natychmiastowego działania [5]. W razie potrzeby na ISS znajduje się preparat (acetazolamid), stosowany w celu obniżenia ciśnienia wewnątrzczaszkowego.
Huang, A. S., Stenger, M. B. & Macias, B. R. Gravitational influence on intraocular pressure: Implications for spaceflight and disease. J. Glaucoma 28, 756–764 (2019).
A. Fotografia przedstawia obrzęk tarczy nerwu wzrokowego po locie kosmicznym. Zmiana ta stanowi główny objaw SANS. B. Poszerzenie pochewki nerwu wzrokowego (obrzęk) oraz spłaszczenie tylnej części gałki ocznej (strzałki wskazują na płyn znajdujący się za gałką oczną). C. Zmiany wskazujące na zwyrodnienie błony naczyniowej: fałdy naczyniówki (czarne strzałki) oraz „ogniska kłębków waty” (biała strzałka).
Odnotowane zostały także różnice w nasileniu objawów SANS u poszczególnych astronautów. Niektórzy badacze wskazują nawet płeć męską oraz zwiększoną masę ciała jako potencjalne czynniki ryzyka wystąpienia SANS [6][7]. Wciąż nie istnieją konkretne środki zaradcze, które miałyby zapobiec występowaniu SANS. Jak zawsze w nauce, wniosek jest jeden – potrzebujemy więcej badań. Dzięki zrozumieniu danego zjawiska chorobowego w pełni, możliwe (lub przynajmniej łatwiejsze) będzie znalezienie odpowiedniego rozwiązania mogącego mu przeciwdziałać.
Aby prowadzić kompleksowe badania na temat SANS, wymagane jest korzystanie z różnego rodzaju sprzętu, w związku z tym także współpracy między naukowcami specjalizującymi się w różnych technikach badawczych. Jedną z nowości jest zaproponowany przez naukowczynie z Loma Linda University aparat do Micro-CT (zmniejszona wersja tomografii komputerowej), który umożliwia nieinwazyjny pomiar ilościowy zmian zachodzących wewnątrz gałki ocznej pod wpływem warunków kosmicznych [8].
Dodatkowo, badania na temat SANS niosą za sobą potencjał większego wglądu w choroby narządu wzroku, które występują także na Ziemi, jak na przykład jaskra (wywołana zwiększonym ciśnieniem w gałce ocznej) czy neuropatie nerwu wzrokowego [3]. Podsumowując, warto badać oczy nie tylko na Ziemi, ale także w kosmosie. Zachęcam wszystkich aspirujących okulistów, optometrystów i optyków do zainteresowania się tematem i mierzenia wysoko (w kosmos!).
Zainteresowanych zachęcam do zgłębienia zacytowanej bibliografii:
1. Bains, W. et al. Phosphine on Venus Cannot Be Explained by Conventional Processes. Astrobiology (2021) doi:10.1089/ast.2020.2352.
2. Hodkinson, P. D., Anderton, R. A., Posselt, B. N. & Fong, K. J. An overview of space medicine. in British Journal of Anaesthesia vol. 119 (2017).
3. Huang, A. S., Stenger, M. B. & Macias, B. R. Gravitational influence on intraocular pressure: Implications for spaceflight and disease. J. Glaucoma28, 756–764 (2019).
4. MacIas, B. R. et al. Association of Long-Duration Spaceflight with Anterior and Posterior Ocular Structure Changes in Astronauts and Their Recovery. JAMA Ophthalmol.138, 553–559 (2020).
5. Wojcik, P., Kini, A., Al Othman, B., Galdamez, L. A. & Lee, A. G. Spaceflight associated neuro-ocular syndrome. Curr. Opin. Neurol.33, 62–67 (2020).
6. Wåhlin, A. et al. Optic Nerve Length before and after Spaceflight. Ophthalmology128, 309–316 (2021).
7. Zhang, L. F. & Hargens, A. R. Spaceflight-induced intracranial hypertension and visual impairment: Pathophysiology and countermeasures. Physiol. Rev.98, 59–87 (2018).
8. Roque-Torres, G. D., Nishiyama, N. C., Stanbouly, S. & Mao, X. W. Assessment of Global Ocular Structure Following Spaceflight Using a Micro-Computed Tomography (Micro-CT) Imaging Method. J. Vis. Exp. (2020) doi:10.3791/61227.
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
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.
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.
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!
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.orgJurij 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.
