Kogut i jego zespół znacząco obniżyli wagę termosów dla teleskopów w balonach stratosferycznych

[KopalniaWiedzy.pl 314]

Teleskopy umieszczone na wysoko latających balonach stratosferycznych prowadzą obserwacje, jakich z Ziemi wykonać nie sposób. Jednak konieczność zabrania dużych systemów chłodzących ogranicza ilość sprzętu naukowego, jaki mogą zabrać balony. Naukowcy  NASA opracowali właśnie technologię pozwalającą na znaczne zmniejszenie wagi takich systemów. Została ona przetestowana podczas misji Balloon-Borne Cryogenic Testbed (BOBCAT).

Wiele interesujących obiektów znajdujących się w przestrzeni kosmicznej – jak odległe galaktyki czy chmury gazu i pyłu, z którego powstają gwiazdy oraz układy planetarne – emituje promieniowanie podczerwone. Jednak atmosfera Ziemi blokuje większość takiego promieniowania, przez co obiekty te trudno jest badać z powierzchni planety. Teleskopy można wysyłać w przestrzeń kosmiczną, jednak jest to niezwykle kosztowne przedsięwzięcie. Bardzo dobrą i znacznie tańszą alternatywą są więc teleskopy wynoszone przez balony.

Lustra takich teleskopów podróżujących w balonie mogłyby mieć nawet 5 metrów średnicy, czyli tyle co średnica pokoju w mieszkaniu. To jednak poważne wyzwanie, gdyż zarówno lustro jak i reszta teleskopu muszą być schłodzone do temperatur bliskich zeru absolutnemu. Jeśli ich się nie schłodzi, ich własne ciepło może zakłócać uzyskany obraz. To efekt podobny do prześwietlenia zdjęcia, wyjaśnia lider zespołu badawczego, Alan Kogut.

Ciekły hel z łatwością chłodzi teleskop, ale żeby tego dokonać, musimy wsadzić urządzenie do gigantycznego termosu zwanego dewarem. Termos wielkości pokoju ważyłby wiele ton, a to przekracza możliwości największych balonów, dodaje Kogut. Waga dewara wynika z faktu, że musi on mieć wystarczająco grube ściany, by wytrzymały różnicę ciśnień próżni pomiędzy ściankami termosu a ciśnieniem na poziomie morza.

Kogut i jego koledzy stwierdzili jednak, że tak naprawdę dewary mogłyby być znacznie lżejsze, gdyż pracują na wysokości 40 km, gdzie ciśnienie wynosi zaledwie 0,3% ciśnienia na poziomie morza.

Dewary opracowane na potrzeby misji BOBCAT składają się z części wewnętrznej zawierającej chłodziwo otoczonej przez część zewnętrzną. Pomiędzy obiema częściami jest próżnia. To standardowa architektura termosu. Jednak dewary Koguta i jego kolegów są niezwykłe, gdyż ich wykonane ze stali nierdzewnej ścianki mają zaledwie 0,5 mm grubości. Są więc niewiele grubsze niż ścianki standardowej puszki do napojów.

Urządzenie Koguta może być wystrzeliwane w temperaturze pokojowej. Jest wyposażone w zintegrowane zawory, przez który powietrze ciągle ucieka w miarę wznoszenia się urządzenia. Wyeliminowano w ten sposób problem pojawiania się dużej różnicy ciśnień. Gdy balon osiągnie wysokość 40 km. zawory są zamykane. Dopiero wówczas ze specjalnych zbiorników do termosu jest pompowany ciekły hel lub azot. Zbiorniki mają standardową konstrukcję, są niewielkie i niezbyt ciężkie.

Kogut i jego zespół rozpoczęli testy swojego urządzenia w sierpniu 2019 roku, wysyłając balon z 827-kilogramowym ładunkiem. Test miał dwa cele. Po pierwsze miał udowodnić, że płyny kriogeniczne (14 litrów ciekłego azotu i 268 litrów ciekłego helu) można rzeczywiście przepompowywać na docelowej wysokości. Po drugie zaś, naukowcy chcieli sprawdzić, jak wiele energii cieplnej przeniknie do dewara w czasie tej operacji. Okazało się, że do termosu trafiło około 2,7 wata, czyli więcej niż 1–2 watów uzyskanych dla tego samego dewara w idealnych warunkach laboratoryjnych.

Teraz naukowcy przygotowują kolejny test. Wykorzystają z nim lżejszy dewar o takiej samej wielkości i sprawdzą, czy uzyskane wyniki się potwierdzą.

« powrót do artykułu

[peceed 112]

Trochę mnie boli hel wylatujący sobie potem gdzieś w kosmos. Mam nadzieję, że ten hel jest jakoś odzyskiwany, ale nie widzę dobrego sposobu poza ewentualnym wykorzystaniem balonetu wewnętrznego w powłoce wypełnionej wodorem.
W przyszłości kiedy już większość helu poleci w kosmos, w kosmos wyleci także jego cena i najprawdopodobniej będzie się używać do chłodzenia zestalonego wodoru.
Upuszczany wodór w obu przypadkach może być źródłem prądu.

Edytowane 14 grudnia 2020 przez peceed

[cyjanobakteria 118]

Ciekawy pomysł. Nie sądzę, żeby odzyskiwali hel z balonów. Klasycznie te balony się wznoszą dopóki nie pękną i opadają na spadochronie, a następnie są odzyskiwane w promieniu kilku km w zależności od pogody. Z kolei obsługa skanerów MRI jest rozwiązana w ten sposób, że odzyskują hel i szpital płaci dostawcy tylko za utraconą część i obsługę, bo zawsze gdzieś cieknie. Przynajmniej tak jest na zachodzie. Naukowe przedsięwzięcia i medycynę jestem w stanie zrozumieć, ale balony na jarmarkach i imprezach to mi działały na nerwy.

Edytowane 14 grudnia 2020 przez cyjanobakteria