Sign in to follow this
Followers
0
Ultralekki samolot konkurencją dla satelitów i dronów
By
KopalniaWiedzy.pl, in Technologia
-
Similar Content
-
By KopalniaWiedzy.pl
Inżynierowie lotniczy i kosmiczni z MIT odkryli, że sposób, w jaki emisja gazów cieplarnianych wpływa na atmosferę, zmniejszy liczbę satelitów, które można będzie umieścić na niskiej orbicie okołoziemskiej (LEO). Na łamach Nature Sustainability stwierdzają, że rosnąca emisja gazów cieplarnianych zmniejsza zdolność atmosfery do usuwania odpadków krążących wokół Ziemi.
Badacze zauważyli, że dwutlenek węgla i inne gazy cieplarniane powodują, iż górne warstwy atmosfery się kurczą. Głównie interesuje ich termosfera, w której krąży Międzynarodowa Stacja Kosmiczna i większość satelitów. Gdy termosfera się kurczy, jej zmniejszająca się gęstość prowadzi do zmniejszenia oporów, a to właśnie opór aerodynamiczny jest tym czynnikiem, który powoduje, że kosmiczne śmieci – chociażby pozostałości po nieczynnych satelitach – opadają w kierunku Ziemi i płoną w atmosferze. Mniejszy opór oznacza, że odpady takie będą dłużej znajdowały się na orbicie, zatem ich liczba będzie rosła, a to zwiększa ryzyko kolizji z działającymi satelitami i innymi urządzeniami znajdującymi się w tych samych rejonach.
Naukowcy przeprowadzili symulacje, których celem było sprawdzenie, jak emisja dwutlenku węgla wpłynie na górne partie atmosfery i astrodynamikę. Wynika z nich, że do roku 2100 pojemność najpopularniejszych regionów orbity zmniejszy się o 50–66 procent właśnie z powodu gazów cieplarnianych.
Nasze zachowanie na Ziemi w ciągu ostatnich 100 lat wpływa na to, w jaki sposób będziemy używali satelitów przez kolejnych 100 lat, mówi profesor Richard Linares z Wydziału Aeronautyki i Astronautyki MIT. Emisja gazów cieplarnianych niszczy delikatną równowagę górnych warstw atmosfery. Jednocześnie gwałtownie rośnie liczba wystrzeliwanych satelitów, szczególnie telekomunikacyjnych, zapewniających dostęp do internetu. Jeśli nie będziemy mądrze zarządzali satelitami i nie ograniczymy emisji, orbita stanie się zbyt zatłoczona, co będzie prowadziło do większej liczby kolizji i większej liczby krążących na niej szczątków, dodaje główny autor badań, William Parker.
Termosfera kurczy się i rozszerza w 11-letnich cyklach, związanych z cyklami aktywności słonecznej. Gdy aktywność naszej gwiazdy jest niska, do Ziemi dociera mniej promieniowania, najbardziej zewnętrzne warstwy atmosfery tymczasowo się ochładzają i kurczą. W okresie zwiększonej aktywności słonecznej są one cieplejsze i rozszerzają się.
Już w latach 90. naukowcy stworzyli modele, z których wynikało, że w miarę ocieplania się klimatu na Ziemi, górne warstwy atmosfery będą się schładzały, co doprowadzi do kurczenia się termosfery i zmniejszania jej gęstości.
W ciągu ostatniej dekady nauka zyskała możliwość precyzyjnych pomiarów oporu aerodynamicznego działającego na satelity. Pomiary te pokazały, że termosfera kurczy się w odpowiedzi na zjawisko wykraczające poza naturalny 11-letni cykl. Niebo dosłownie spada, w tempie liczonych w dziesięcioleciach. A widzimy to na podstawie zmian oporów doświadczanych przez satelity, wyjaśnia Parker.
Naukowcy z MIT postanowili sprawdzić, w jaki sposób to zmierzone zjawisko wpłynie na liczbę satelitów, które można bezpiecznie umieścić na niskiej orbicie okołoziemskiej. Ma ona wysokość do 2000 kilometrów nad powierzchnią Ziemi. Obecnie na orbicie tej znajduje się ponad 10 000 satelitów. Ich liczba jest już tak duża, że operatorzy satelitów standardowo muszą wykonywać manewry unikania kolizji. Każda taka kolizja oznacza nie tylko zniszczenie satelity, ale też pojawienie się olbrzymiej liczby szczątków, które będą krążyły na orbicie przez kolejne dekady i stulecia, zwiększając ryzyko kolejnych kolizji.
W ciągu ostatnich 5 lat ludzkość umieściła na LEO więcej satelitów, niż przez wcześniejszych 60 lat. Jednym z głównych celów badań było sprawdzenie, czy sposób, w jaki obecnie prowadzimy działania na niskiej orbicie okołoziemskiej można będzie utrzymać w przyszłości. Naukowcy symulowali różne scenariusze emisji gazów cieplarnianych i sprawdzali, jak wpływa to na gęstość atmosfery i opór aerodynamiczny. Następnie dla każdego z tych scenariuszy sprawdzali jego wpływ na astrodynamikę i ryzyko kolizji w zależności od liczby obiektów znajdujących się na orbicie. W ten sposób obliczali „zdolność ładunkową” orbity. Podobnie jak sprawdza się, ile osobników danego gatunku może utrzymać się w danym ekosystemie.
Z obliczeń wynika, że jeśli emisja gazów cieplarnianych nadal będzie rosła, to liczba satelitów, jakie można umieścić na wysokości od 200 do 1000 kilometrów nad Ziemią będzie o 50–66 procent mniejsza niż w scenariuszu utrzymania poziomu emisji z roku 2000. Jeśli „zdolność ładunkowa” orbity zostanie przekroczona, nawet lokalnie, dojdzie do całej serii kolizji, przez co pojawi się tyle szczątków, że orbita stanie się bezużyteczna.
Autorzy badań ostrzegają, że niektóre regiony orbity już zbliżają się do granicy ich „zdolności ładunkowej”. Dzieje się tak głównie przez nowy trend, budowanie megakonstelacji olbrzymiej liczby małych satelitów, takich jak Starlink SpaceX.
Polegamy na atmosferze, która oczyszcza orbitę z pozostawionych przez nas odpadów. Jeśli atmosfera się zmienia, zmienia się też środowisko, w którym znajdują się odpady. Pokazujemy, że długoterminowe możliwości usuwania odpadów z orbity są uzależnione od zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych, podsumowuje Richard Linares.
Specjaliści szacują, że obecnie na orbicie znajduje się 40 500 odpadków o rozmiarach większych niż 10 cm, 1 milion 100 tysięcy odpadków wielkości od 1 do 10 cm oraz 130 milionów śmieci wielkości od 1 mm do 1 cm. Nawet te najmniejsze odpady stanowią duże zagrożenie. Średnia prędkość kolizji, do jakich między nimi dochodzi, to 11 km/s czyli około 40 000 km/h.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Po raz pierwszy doszło do nieudanego wystrzelenia satelitów z konstelacji Starlink. W wyniku awarii satelity znalazły się na bardzo niskiej orbicie i wkrótce spłoną w atmosferze. Firma SpaceX zapewnia, że nie stanowią one zagrożenia. Pierwsze Starlinki trafiły na orbitę w 2019 roku. Obecnie konstelacja składa się z ponad 6000 niewielkich satelitów znajdujących się na niskiej orbicie okołoziemskiej (LEO).
Dwadzieścia satelitów Starlink zostało wystrzelonych przed 4 dniami na pokładzie rakiety Falcon 9 z Vandenberg Space Force Base. Pierwszy stopień rakiety spisał się bez zarzutu, wynosząc na orbitę drugi stopień i satelity. Następnie oddzielił się od nich i z powodzeniem wylądował. Było to już 329. udane lądowanie rakiety nośnej przeprowadzone przez SpaceX.
Pierwsze uruchomienie silników 2. stopnia przebiegło zgodnie z planem, jednak pojawił się wyciek ciekłego tlenu. W związku z tym silnik Merlin, który miał wynieść satelity na prawidłową orbitę, nie spełnił swojego zadania.
Co prawda satelity zostały prawidłowo zwolnione, ale znajdują się na orbicie o dużym mimośrodzie, która w najniższym punkcie znajduje się zaledwie 135 kilometrów nad Ziemią. To ponaddwukrotnie niżej, niż powinny się znaleźć. Na tej wysokości pojazdy doświadczają znacznego tarcia o atmosferę, przez co z każdym obiegiem tracą 5 kilometrów wysokości w apogeum (najwyższym punkcie orbity). Oddziaływanie atmosfery na satelity jest tak silne, że ich silniki nie poradzą sobie z wyniesieniem pojazdów na prawidłową orbitę. Dlatego wkrótce satelity wejdą w atmosferę i w niej spłoną.
SpaceX oświadczyła, że nie zagrażają one ani innym satelitom, ani ludziom na Ziemi. To przypomina nam, jak wymagające technicznie są loty w kosmos. Dotychczas przeprowadziliśmy 364 udane starty rakiet Falcon – które bezpiecznie dostarczały astronautów, ładunki i tysiące satelitów Starlink na orbitę – co czyni z rodziny Falcon jedną z najlepszych serii rakiet nośnych w historii, czytamy w firmowym oświadczeniu.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Gdy Deep Blue wygrał w szachy z Garri Kasparowem, a w 2016 roku AlphaGo pokonał w go Lee Sedola wiedzieliśmy, że jesteśmy świadkami ważnych wydarzeń. Były one kamieniami milowymi w rozwoju sztucznej inteligencji. Teraz system sztucznej inteligencji „Swift” stworzony na Uniwersytecie w Zurychu pokonał mistrzów świata w wyścigu dronów.
Swift stanął do rywalizacji z trzema światowej klasy zawodnikami w wyścigu, podczas którego zawodnicy mają założone na głowy specjalne wyświetlacze do których przekazywany jest obraz z kamery drona i pilotują drony lecące z prędkością przekraczającą 100 km/h.
Sport jest bardziej wymagający dla sztucznej inteligencji, gdyż jest mniej przewidywalny niż gra planszowa niż gra wideo. Nie mamy idealnej wiedzy o dronie i środowisku, zatem sztuczna inteligencja musi uczyć się podczas interakcji ze światem fizycznym, mówi Davide Scaramuzza z Robotik- und Wahrnehmungsgruppe na Uniwersytecie w Zurychu.
Jeszcze do niedawna autonomiczne drony potrzebowały nawet dwukrotnie więcej czasu by pokonać tor przeszkód, niż drony pilotowane przez ludzi. Lepiej radziły sobie jedynie w sytuacji, gdy były wspomagane zewnętrznym systemem naprowadzania, który precyzyjne kontrolował ich lot. Swift reaguje w czasie rzeczywistym na dane przekazywane przez kamerę, zatem działa podobnie jak ludzie. Zintegrowana jednostka inercyjna mierzy przyspieszenie i prędkość, a sztuczna sieć neuronowa, na podstawie obrazu z kamery lokalizuje położenie drona i wykrywa kolejne punkty toru przeszkód, przez które dron musi przelecieć. Dane z obu tych jednostek trafiają do jednostki centralnej – również sieci neuronowej – która decyduje o działaniach, jakie należy podjąć, by jak najszybciej pokonać tor przeszkód.
Swift był trenowany metodą prób i błędów w symulowanym środowisku. To pozwoliło na zaoszczędzenie fizycznych urządzeń, które ulegałyby uszkodzeniom, gdyby trening prowadzony był na prawdziwym torze. Po miesięcznym treningu Swift był gotowy do rywalizacji z ludźmi. Przeciwko niemu stanęli Alex Vanover, zwycięzca Drone Racing League z 2019 roku, Thomas Bitmatta lider klasyfikacji 2019 MultiGP Drone Racing oraz trzykroty mistrz Szwajcarii Marvin Schaepper.
Seria wyścigów odbyła się w hangarze lotniska Dübendorf w pobliżu Zurychu. Tor ułożony był na powierzchni 25 na 25 metrów i składał się z 7 bramek, przez które należało przelecieć w odpowiedniej kolejności, by ukończyć wyścig. W międzyczasie należało wykonać złożone manewry, w tym wywrót, czyli wykonanie półbeczki (odwrócenie drona na plecy) i wyprowadzenie go półpętlą w dół do lotu normalnego.
Dron kontrolowany przez Swift pokonał swoje najlepsze okrążenie o pół sekundy szybciej, niż najszybszy z ludzi. Jednak z drugiej strony ludzie znacznie lepiej adaptowali się do warunków zewnętrznych. Swift miał problemy, gdy warunki oświetleniowe były inne niż te, w których trenował.
Można się zastanawiać, po co drony mają latać bardzo szybko i sprawnie manewrować. W końcu szybki lot wymaga większej ilości energii, więc taki dron krócej pozostanie w powietrzu. Jednak szybkość lotu i sprawne manewrowanie są niezwykle istotne przy monitorowaniu pożarów lasów, poszukiwaniu osób w płonących budynkach czy też kręcenia scen filmowych.
Warto tutaj przypomnieć, że systemy sztucznej inteligencji pokonały podczas symulowanych walk doświadczonego wykładowcę taktyki walki powietrznej oraz jednego z najlepszych amerykańskich pilotów.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Naukowcy czekają na uruchomienie Vera C. Rubin Observatory, obserwatorium astronomicznego, którego budowa dobiega końca w Chile. Na jego potrzeby powstał najpotężniejszy aparat fotograficzny na świecie. Obserwatorium ma co trzy tygodnie wykonywać fotografie całego nieboskłonu. Jego główny program badawczy – Legacy Survey of Space and Time – zakłada utworzenie mapy Drogi Mlecznej, dokonanie spisu obiektów w Układzie Słonecznym czy zbadanie niewyjaśnionych sygnałów dobiegających z głębi wszechświata. Jednak obserwatorium może nigdy nie spełnić pokładanych w nim nadziei.
Niedawno opublikowane raporty przygotowane przez zespół obserwatorium, a także amerykańskie Government Accountability Office – odpowiednik polskiej NIK – rysują przyszłość astronomii w ciemnych barwach. Konstelacje sztucznych satelitów, których panele słoneczne i anteny odbijają światło, mogą praktycznie uniemożliwić naziemne badania astronomiczne w świetle widzialnym. Niemożliwe mogą stać się badania kolizji czarnych dziur czy obserwacje asteroid bliskich Ziemi. Specjaliści ostrzegają, że mamy ostatnią możliwość, by temu zapobiec.
Obecnie na orbicie okołoziemskiej znajduje się ponad 5400 satelitów. Większość z nich, umieszczona na niskich orbitach, okrąża Ziemię w ciągu około 1,5 godziny. Od czasu, gdy w 2019 roku firma SpaceX wystrzeliła swoją pierwszą grupę pojazdów i rozpoczęła budowę konstelacji Starlink, liczba sztucznych satelitów szybko rośnie, a będzie rosła jeszcze szybciej, gdyż dołączają kolejne przedsiębiorstwa. Z danych amerykańskiej Federalnej Komisji Komunikacji oraz Międzynarodowej Unii Telekomunikacji wynika, że tylko do tych dwóch organizacji wpłynęły wnioski o zezwolenie na wystrzelenie w najbliższych latach 431 713 satelitów, które będą tworzyły 16 konstelacji.
Jeśli nad naszymi głowami będzie krążyło 400 000 satelitów, to będą one widoczne na każdym zdjęciu wykonanym w ramach badań astronomicznych. I nawet jeśli udałoby się automatycznie usunąć je z fotografii, to przy okazji utracona zostanie olbrzymia liczba informacji. Wyeliminowanie takich satelitów z obrazów będzie jednak bardzo trudne, między innymi dlatego, że będą się one poruszały w różny sposób i w różny sposób wyglądały w zależności od stosowanych filtrów kolorów. Eksperci, którzy pracują nad systemem wysyłającym automatyczne alerty do społeczności astronomów, gdyby Vera C. Rubin Observatory odkryło coś nowego – np. supernową – na nieboskłonie, obliczają, że konstelacje satelitów mogą doprowadzić do pojawienia się... 10 milionów fałszywych alertów na dobę. To pokazuje, jak ważne jest usuwania satelitów ze zdjęć. Nie wiadomo jednak, czy uda się uniknąć wszystkich takich fałszywych alertów, jak wiele informacji zostanie przy okazji utraconych i ile interesujących obiektów pozostanie przez to niezauważonych.
Konstelacje sztucznych satelitów mogą też znacznie utrudnić obserwację asteroid bliskich Ziemi. Dotychczas było wiadomo, że najlepszym momentem do ich wyszukiwania jest zmierzch. Jednak o zmierzchu panele słoneczne satelitów będą dobrze oświetlone, zaburzając możliwość obserwacji.
Problem narasta. We wrześniu ubiegłego roku firma AST SpaceMobile wystrzeliła swojego prototypowego satelitę o nazwie BlueWalker3. Gdy dwa miesiące później rozwinął on anteny o powierzchni ponad 64 metrów kwadratowych, stał się jednym z najjaśniejszych obiektów na niebie. Jaśniejszym niż 99% gwiazd widocznych gołym okiem. A to dopiero początek. AST SpaceMobile chce w najbliższych latach wystrzelić 168 jeszcze większych satelitów.
Obok pytania o wpływ konstelacji satelitów na badania naukowe rodzi się też pytanie o kwestie kulturowe czy filozoficzne. Czy kilka wielkich koncernów ma prawo kontrolować to, co ludzie widzą na nocnym niebie. Czy niebo, które przez wieki wpływało na literaturę, malarstwo, filozofię może zostać de facto sprywatyzowane przez kilka przedsiębiorstw liczących na kolosalne zyski. Istnieje bowiem poważne niebezpieczeństwo, że już za kilka lat, chcąc spojrzeć w rozgwieżdżone niebo, zobaczymy na nim więcej odbijających światło słoneczne sztucznych satelitów niż gwiazd. I nie będzie miało znaczenia, w którym miejscu Ziemi będziemy mieszkali.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Jednym z powodów, dla których NASA od wielu lat wspiera rozwój prywatnego przemysłu kosmicznego jest chęć skupienia się na eksploracji dalszych części przestrzeni kosmicznej i pozostawienie w prywatnych rękach wszelkich działań na niskiej orbicie okołoziemskiej. Jednym z takich działań może być zastąpienie przez sieć Starlink starzejącej się konstelacji TDRS (Tracking and Date Relay Satellite), która zapewnia łączność z Międzynarodową Stacją Kosmiczną.
NASA już ogłosiła, że w przyszłej dekadzie chce wysłać na emeryturę sześć satelitów tworzących TDRS. A teraz poinformowała o zaproszeniu do współpracy sześciu prywatnych firm, w tym amerykańskich SpaceX i Viasat, brytyjskiej Inmarsat oraz szwajcarskiej SES, które mają zaprezentować swoje pomysły na spełnienie przyszłych wymagań NASA dotyczących komunikacji w przestrzeni kosmicznej.
Pierwsza konstelacja satelitów TDRS pojawiła się na orbicie w latach 80. ubiegłego wieku. Została ona pomyślana jako wsparcie dla misji wahadłowców kosmicznych. Obecna, trzecia generacja satelitów, została wystrzelona w 2017 roku. Zadaniem TDRS jest zapewnienie nieprzerwanej łączności pomiędzy pojazdem znajdującym się na orbicie planety, a naziemnymi centrami kontroli NASA. Obecne TDRS wspiera misję Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, Teleskopu Hubble'a i inne misje naukowe.
Do zapewnienia ciągłej łączności konieczna jest obecność co najmniej trzech satelitów na orbicie geostacjonarnej. Znajduje się ona na wysokości 36 000 kilometrów nad Ziemią, a okres orbitalny satelitów odpowiada okresowi obrotowemu Ziemi, dzięki czemu satelity są zawieszone nad tym samym punktem planety.
Obecnie TDRS składa się z sześciu działających satelitów, ale trzy z nich to satelity drugiej generacji, liczą sobie ponad 20 lat i zbliża się koniec ich pracy. W latach 80., gdy rozwijaliśmy TDRS, komercyjne firmy nie były w stanie zapewnić takiej usługi. Jednak od tamtego czasu prywatny przemysł zainwestował w dziedzinę łączności satelitarnej znacznie więcej, niż NASA. Istnieje bardzo rozbudowana infrastruktura, zarówno na orbicie jak i na Ziemi, która może dostarczyć potrzebnych nam usług, mówi Eli Naffah, menedżer w wydziale Commercial Services Project, który odpowiada za współpracę NASA z partnerami komercyjnymi.
Sześć zaproszonych do współpracy firm ma trzy lata na stworzenie systemów, za pomocą których zaprezentują NASA swoje możliwości w zakresie zapewnienia łączności z pojazdem na orbicie okołoziemskiej. Naffah mówi, że może to być wyzwaniem. Dotychczas bowiem komercyjne przedsiębiorstwa zajmujące się komunikacją za pomocą satelitów zapewniały łączność dla stacjonarnych anten naziemnych lub obiektów poruszających się ze stosunkowo niewielką prędkością, jak statki czy samoloty pasażerskie. Tymczasem NASA potrzebuje łączności z obiektami znajdującymi się w przestrzeni kosmicznej, która poruszają się ze znacznymi prędkościami. Międzynarodowa Stacja Kosmiczna okrąża Ziemię z prędkością 28 000 km/h.
W ciągu najbliższych pięciu lat NASA ma zamiar zainwestować w projekt 278 milionów USD, a komercyjni partnerzy zainwestują w sumie 1,5 miliarda dolarów.
Mamy nadzieję, że zaoszczędzimy nieco pieniędzy dzięki zakupie komercyjnych usług łączności, zrezygnowania z konieczności rozwoju i utrzymywania własnych satelitów komunikacyjnych i większym skupieniu się na badaniach naukowych i eksploracji kosmosu, dodaje Naffah.
Rezygnacja z samodzielnego zapewniania łączności z obiektami na orbicie okołoziemskiej to kolejny krok w wycofywaniu się NASA z niskiej orbity okołoziemskiej. Już w tej chwili Agencja kupuje usługi transportowania astronautów i towarów od SpaceX i Northropa Grummana, a jeszcze w bieżącym roku do tej dwójki ma dołączyć Boeing. NASA oświadczyła też, że w roku 2030 wyłączy Międzynarodową Stację Kosmiczną i ma nadzieję, że od tej pory wszelkie prace na niskiej orbicie okołoziemskiej będą spoczywały na barkach prywatnych firm.
« powrót do artykułu
-
-
Recently Browsing 0 members
No registered users viewing this page.