Przezroczysty aerożel przyda się i na Ziemi, i na Marsie
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Technologia
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Łaziki pracujące na Marsie czy Księżycu, mierzą się z wieloma problemami. Jednym z nich jest ryzyko utknięcia w grząskim gruncie. Gdy tak się stanie operatorzy podejmują serię delikatnych manewrów, by pojazd wydobyć. Nie zawsze się to udaje. Łazik Spirit zakończył misję jako stacjonarna platforma badawcza po tym, jak utknął w luźnym piasku. Czy takim wydarzeniom da się zapobiec? Inżynierowie z University of Wisconsin-Madison informują o znalezieniu poważnego błędu w procedurach testowania łazików. Jego usunięcie może spowodować, że pojazdy na Marsie i Księżycu będą narażone na mniejsze ryzyko.
Błąd ten polega na przyjęciu zbyt optymistycznych i uproszczonych założeń co do tego, jak łaziki zachowują się poza Ziemią. Ważnym elementem testów naziemnych takich pojazdów jest sprawdzenie, w jaki sposób mogą się one poruszać po luźnym podłożu. Na Księżycu grawitacja jest 6-krotnie mniejsza niż na Ziemi, więc przez dekady, testując łaziki, naukowcy tworzyli prototypy o masie sześciokrotnie mniejszej niż łazik docelowy i testowali je na pustyni. Jednak ta metoda pomijała pewien istotny szczegół – wpływ grawitacji na piasek.
Profesor Dan Negrut i jego zespół przeprowadzili symulacje, które wykazały, że Ziemia przyciąga ziarenka piasku silniej niż Mars czy Księżyc. Dzięki temu piasek na Ziemi jest bardziej zwarty. Jest mniejsze prawdopodobieństwo, że ziarna będą się pod nimi przesuwały. Jednak na Księżycu piasek jest luźniejszy, łatwiej się przemieszcza, więc obracające się koła trafiają na mniejszy opór. Przez to pojazdowi trudniej się w nim poruszać.
Jeśli chcemy sprawdzić, jak łazik będzie sobie radził na Księżycu, musimy rozważać nie tylko wpływ grawitacji na pojazd, ale również wpływ grawitacji na piasek. Nasze badania pokazują, jak ważne są symulacje do badania możliwości jezdnych łazika na luźnym podłożu, wyjaśnia uczony.
Uczeni dokonali swojego odkrycia podczas prac związanych z misją łazika VIPER, który ma trafić na Księżyc. We współpracy z naukowcami z Włoch stworzyli silnik Chrono, służący do symulacji zjawisk fizycznych, który pozwala na szybkie modelowanie złożonych systemów mechanicznych. I zauważyli istotne różnice pomiędzy wynikami testów VIPERA na Ziemi, a wynikami symulacji. Po przeanalizowaniu problemu znaleźli wspomniany błąd w procedurach testowych.
Chrono to produkt opensource'owy, z którego skorzystały już setki firm i organizacji. Pozwala on lepiej zrozumieć najróżniejsze złożone mechanizmy, od mechanicznych zegarków po czołgi jeżdżące poza utwardzonymi drogami.
Źródło: A Study Demonstrating That Using Gravitational Offset to Prepare Extraterrestrial Mobility Missions Is Misleading
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Z załogową misją na Marsa wiążą się nie tylko duże koszty i problemy techniczne. Jedne i drugie można w końcu przezwyciężyć. Znacznie trudniejsze do pokonania będą ograniczenia ludzkiego organizmu. Wyewoluowaliśmy na Ziemi i jesteśmy przyzwyczajeni do ziemskiej grawitacji oraz zapewnianej przez atmosferę ochrony przed promieniowaniem kosmicznym. Niejednokrotnie informowaliśmy o problemach zdrowotnych astronautów. Pobyt w kosmosie może uszkadzać mózg, nerki, prowadzić do anemii. Od lat pojawiają się też doniesienia o negatywnym wpływie na wzrok.
Oftalmolog Santiago Costantino z Uniwersytetu w Montrealu poinformował, że co najmniej 70% osób, które przebywały na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej cierpi na związany z lotem w kosmos zespół neurookulistyczny (SANS, spaceflight-associated neuro-ocular syndrome). Uczony wraz z zespołem chcieli przyjrzeć się zmianom biomechanicznym, które prowadzą do pojawienia się SANS. W tym celu przeanalizowali dane dotyczące 13 astronautów, którzy przebywali na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej od 157 do 186 dni. Średnia wieku astronautów wynosiła 48 lat. Pochodzili oni z różnych krajów, ośmioro z nich w chwili badań miało za sobą jedną misję, były wśród nich 4 kobiety.
Naukowcy porównali trzy parametry, które mierzyli przed i po misji: sztywność gałki ocznej, ciśnienie wewnątrzgałkowe oraz amplitudę pulsu oka. Pierwszy z parametrów badano za pomocą koherencyjnej tomografii optycznej, dwa pozostałe – metodą tonometrii.
Naukowcy zauważyli, że w czasie misji doszło do znaczących zmian właściwości biomechanicznych gałek ocznych. Ich sztywność zmniejszyła się o 33%, ciśnienie węwnątrzgałkowe spadło o 11%, a amplituda pulsu był niższa o 25%. Tym zmianom fizycznym towarzyszyły objawy takie jak zmniejszenie rozmiarów gałki ocznej, zmiana obszaru, w którym oko widzi ostry obraz oraz – w części przypadków – obrzęk nerwu wzrokowego oraz fałdowanie siatkówki. Okazało się też, że u pięciu astronautów naczyniówka ma grubość większą niż 400 mikrometrów i nie było to skorelowane z wiekiem, płcią ani wcześniejszym pobytem w przestrzeni kosmicznej. "Brak powszechnego ciążenia zmienia dystrybucję krwi w organizmie, zwiększając przepływ krwi w głowie i spowalniając krążenie żylne w oczach. Prawdopodobnie dlatego dochodzi do zwiększenia grubości naczyniówki, gęstej sieci naczyń krwionośnych, odpowiedzialnej za odżywianie siatkówki.
Zdaniem naukowców powiększenie się naczyniówki w wyniku braku grawitacji może rozciągać włókna kolagenowe w twardówce, prowadząc do długotrwałych zmian właściwości mechanicznych gałki ocznej. Badacze sądzą też, że pulsowanie krwi w warunkach mikrograwitacji może prowadzić do pojawienia się zjawiska uderzeń hydraulicznych, w wyniku których nagłe zmiany ciśnienia przepływu krwi wywołują w oku wstrząsy mechaniczne prowadzące do znacznego przemodelowania tkanek oka.
Autorzy badań uważają, że zmiany te nie powinny stanowić problemu w przypadku misji trwających 6 do 12 miesięcy. Po powrocie na Ziemię oczy astronautów powróciły do normy, a problemy ze wzrokiem można było korygować za pomocą okularów. Problemem mogą być jednak dłuższe misje, takie jak załogowa wyprawa na Marsa, która może trwać nawet ponad 30 miesięcy. Obecnie nie znamy ani skutków tak długotrwałego pobytu w warunkach mikrograwitacji, ani nie potrafimy im zapobiegać.
Zaobserwowane przez nas zmiany właściwości mechanicznych oka mogą być biomarkerami SANS. Pomoże to zidentyfikować tych astronautów, którzy są szczególnie narażeni na ryzyko, zanim jeszcze pojawią się u nich problemy spowodowane długotrwałym pobytem w przestrzeni kosmicznej, mówi Costantino.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Załogowa podróż na Marsa nie będzie łatwym i szybkich przedsięwzięciem. Tymczasem, chociażby z powodu negatywnego wpływu na zdrowie stanu nieważkości i promieniowania kosmicznego, powinna zająć ona jak najmniej czasu. Dlatego też w należącym do NASA Langley Research Center w Virginii trwają prace nad napędem, dzięki któremu astronauci powinni dolecieć na Czerwoną Planetę i wrócić na Ziemię w ciągu około 2 lat.
Tamtejsi inżynierowe pracują nad jądrowym napędem elektrycznym. Ma on wykorzystywać reaktor atomowy do wytwarzania energii elektrycznej, która będzie jonizowała wydobywające się z dysz paliwo zapewniając ciąg pojazdowi kosmicznemu.
W ramach projektu Modular Assembled Radiators for Nuclear Electric Propulsion Vehicles (MARVL) powstaje jeden z najważniejszych elementów napędu, jego system rozprowadzania ciepła. Inżynierowie NASA chcą, by miał on budowę modułową i by można było go złożyć w przestrzeni kosmicznej za pomocą autonomicznych robotów. W ten sposób unikniemy konieczności umieszczenia wszystkiego w rakiecie nośnej, co da nam nieco większą elastyczność i pozwoli na zoptymalizowanie całego projektu, mówi Amanda Stark, odpowiedzialna za MARVL.
Takie rozwiązanie jest bardzo pożądane. Cały układ rozprowadzania ciepła może mieć, po pełnym rozłożeniu, wymiary boiska do futbolu amerykańskiego (ok. 5400 m2). Można więc sobie wyobrazić, z jakimi trudnościami wiąże się umieszczenie takich instalacji w rakiecie startującej z Ziemi. Zespół Strak chce, by poszczególne elementy wcześniej wysłać w przestrzeń kosmiczną. Tam roboty złożyłyby instalację, w której będzie krążyła substancja chłodząca, na przykład stop sodu i potasu.
Trzeba zauważyć, że taka technologia wpłynęłaby też na architekturę samego pojazdu, do którego instalacja będzie montowana. Istniejące dotychczas pojazdy kosmiczne nie były projektowane z myślą o składaniu czegokolwiek w kosmosie. Mamy tutaj więc okazję, by zastanowić się, jak taki pojazd powinien być zbudowany, jak należy go przygotować, jak będzie wyglądał.
Projekt MARVL jest rozwijany w ramach programu Early Career Initiative. Biorące w nim udział zespoły mają dwa lata na opracowanie szczegółów swojego pomysłu. Stark i jej zespół współpracują z firmą Boyd Lancaster, która specjalizuje się w przemysłowych systemach chłodzenia. Do pomocy mają też specjalistów od układów rozpraszania ciepła oraz ekspertów specjalizujących się w przepływie cieczy z NASA. Po dwóch latach prac NASA oczekuje, że twórcy MARVL przystąpią do budowy niewielkiego działającego na Ziemi prototypu. Jeśli projekt się powiedzie, podobne rozwiązania mogą zostać zastosowane podczas innych misji, nie tylko załogowych.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Na Uniwersytecie Stanforda powstała rewolucyjna technika obrazowania struktur wewnątrz organizmu. Polega ona na uczynieniu skóry i innych tkanek... przezroczystymi. Można tego dokonać nakładając na skórę jeden z barwników spożywczych. Testy na zwierzętach wykazały, że proces jest odwracalny. Technika taka taka, jeśli sprawdzi się na ludziach, może mieć bardzo szerokie zastosowanie – od lokalizowania ran, poprzez monitorowanie chorób układu trawienia, po diagnostykę nowotworową.
Technologia ta może uczynić żyły lepiej widocznymi podczas pobierania krwi, ułatwić laserowe usuwanie tatuaży i pomagać we wczesnym wykrywaniu i leczeniu nowotworów, mówi Guosong Hong. Na przykład niektóre terapie wykorzystują lasery do usuwania komórek nowotworowych i przednowotworowych, ale ich działanie ograniczone jest do obszaru znajdującego się blisko powierzchni skóry. Ta technika może poprawić penetrację światła laserowego, dodaje.
Przyczyną, dla której nie możemy zajrzeć do wnętrza organizmu, jest rozpraszanie światła. Tłuszcze, płyny, białka, z których zbudowane są organizmy żywe, rozpraszają światło w różny sposób, powodując, że nie jest ono w stanie penetrować ich wnętrza, więc są dla nas nieprzezroczyste. Naukowcy ze Stanforda stwierdzili, że jeśli chcemy, by materiał biologiczny stał się przezroczysty, musimy spowodować, żeby wszystkie budujące go elementy rozpraszały światło w ten sam sposób. Innymi słowy, by miały taki sam współczynnik załamania. A opierając się na wiedzy z optyki stwierdzili, że barwniki najlepiej absorbują światło i mogą być najlepszym ośrodkiem, który spowoduje ujednolicenie współczynników załamania.
Szczególną uwagę zwrócili na tartrazynę czyli żółcień spożywczą 5, oznaczoną symbolem E102. Okazało się, że mieli rację. Po rozpuszczeniu w wodzie i zaabsorbowaniu przez tkanki, tartrazyna zapobiegała rozpraszaniu światła. Najpierw barwnik przetestowano na cienkich plastrach kurzej piersi. W miarę, jak stężenie tartrazyny rosło, zwiększał się współczynnik załamania światła w płynie znajdującym się w mięśniach. W końcu zwiększył się do tego stopnia, że był taki, jak w białkach budujących mięśnie. Plaster stał się przezroczysty.
Później zaczęto eksperymenty na myszach. Najpierw wtarli roztwór tartrazyny w skórę głowy, co pozwoliło im na obserwowanie naczyń krwionośnych. Później nałożyli go na brzuch, dzięki czemu mogli obserwować kurczenie się jelit i ruchy wywoływane oddychaniem oraz biciem serca. Technika pozwalała na obserwacje struktur wielkości mikrometrów, a nawet polepszyła obserwacje mikroskopowe. Po zmyciu tartrazyny ze skóry tkanki szybko wróciły do standardowego wyglądu. Nie zaobserwowano żadnych długoterminowych skutków nałożenia tartrazyny, a jej nadmiar został wydalony z organizmu w ciągu 48 godzin. Naukowcy podejrzewają, że wstrzyknięcie barwnika do tkanki pozwoli na obserwowanie jeszcze głębiej położonych struktur organizmu.
Badania, w ramach których dokonano tego potencjalnie przełomowego odkrycia, rozpoczęły się jako projekt, którego celem jest sprawdzenie, jak promieniowanie mikrofalowe wpływa na tkanki. Naukowcy przeanalizowali prace z dziedziny optyki z lat 70. i 80. ubiegłego wieku i znaleźli w nich dwa podstawowe narzędzia, które uznali za przydatne w swoich badaniach: matematyczne relacje Kramersa-Kroniga oraz model Lorentza. Te matematyczne narzędzia rozwijane są od dziesięcioleci, jednak nie używano ich w medycynie w taki sposób, jak podczas opisywanych badań.
Jeden z członków grupy badawczej zdał sobie sprawę, że te same zmiany, które czynią badane materiały przezroczystymi dla mikrofal, można zastosować dla światła widzialnego, co mogłyby być użyteczne w medycynie. Uczeni zamówili więc sięc silne barwniki i zaczęli dokładnie je analizować, szukając tego o idealnych właściwościach optycznych.
Nowatorskie podejście do problemu pozwoliło na dokonanie potencjalnie przełomowego odkrycia. O relacjach Kramersa-Kroniga uczy się każdy student optyki, w tym przypadku naukowcy wykorzystali tę wiedzę, do zbadania, jak silne barwniki mogą uczynić skórę przezroczystą. Podążyli więc w zupełnie nowym kierunku i wykorzystali znane od dziesięcioleci podstawy do stworzenia nowatorskiej technologii.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Po 2,5 roku pracy na dnie Krateru Jezero łazik Perseverance przygotowuje się do wielomiesięcznej wspinaczki na zachodnią krawędź Krateru. Prawdopodobnie napotka tam najbardziej stromy i najtrudniejszy teren, z jakim przyszło mu się dotychczas zmierzyć. Perseverance wyruszy w podróż 18 sierpnia, a wspinaczka i badanie terenu będą już 5. kampanią naukową prowadzoną od czasu lądowania 18 lutego 2021 roku.
Perseverance zakończył 4 projekty badawcze, zebrał 22 próbki skał i przejechał ponad 18 mil. Zaczynamy teraz Crater Rim Campaign. Łazik jest w doskonałym stanie, a my nie możemy się doczekać, by zobaczyć, co jest na szczycie badanego przez nas obszaru, mówi Art Thompson, menedżer projektu Perseverance w Jet Propulsion Laboratory.
Głównymi celami najnowszej kampanii badawczej są dwa miejsca, nazwane „Pico Turquino” oraz „Witch Hazel Hill”. Na zdjęciach z orbiterów krążących wokół Marsa widać, że na Pico Turquino znajdują się stare pęknięcia, które mogą powstać w wyniku zjawisk hydrotermalnych. Z kolei warstwy, z których zbudowane jest Witch Hazel Hill sugerują, że struktura ta powstała w czasach, gdy na Marsie panował zupełnie inny klimat niż obecnie. Zdjęcia ujawniły tam podłoże skalne o jaśniejszym kolorze, podobne do tego, które łazik znalazł na obszarze zwanym „Bright Angel”. Tamtejsza skała „Cheyava Falls” miała strukturę i sygnatury chemiczne wskazujące, że mogła powstać przed miliardami lat w wyniku działania organizmów żywych w środowisku wodnym.
Podczas podróży ku krawędzi krateru Perseverance będzie polegał na półautomatycznych mechanizmach, których celem jest unikanie zbyt dużego ryzyka. Ma wspinać się po stokach nachylonych nawet o 23 stopnie i unikać miejsc, których nachylenie będzie wynosiło ponad 30 stopni. Łazik wjedzie na wysokość 300 metrów i zakończy podróż w miejscu nazwanym „Aurora Park”.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.