Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Aerożel – superlekki materiał, składający się głównie z powietrza, zasili przyszłe misje kosmiczne

Recommended Posts

Superlekkie materiały składające się w ponad 99% z powietrza mogą stać się kluczowymi elementami dostarczającymi energię przyszłym misjom kosmicznym. Materiały te, porowate aerożele węglowe, tworzą elektrody superkondensatora zbudowanego na zlecenie NASA przez Merced nAnomaterials Center for Energy and Sensing, University of California, Santa Cruz (UCSC), University of California, Merced i Lawrence Livermore National Laboratory. Superkondensator przyda się też podczas prac na biegunach, gdyż działa w bardzo niskich temperaturach.

Wiele pojazdów kosmicznych wymaga stosowania wewnętrznego ogrzewania. Łaziki pracujące na Marsie muszą mierzyć się ze średnimi temperaturami rzędu -62 stopnie Celsjusza. W zimie temperatura spada poniże -125 stopni Celsjusza. Dlatego też np. Perseverance wyposażony jest w grzałki, które dbają o to, by nie zamarzł elektrolit w akumulatorach łazika. Jednak grzałki i ich źródła zasilania to kolejne elementy dodające masy łazikowi, przez co rosną koszty i poziom skomplikowania misji.

Rozwiązaniem wielu problemów mogłyby być superkondensatory. To urządzenia, które łączą zalety akumulatorów i kondensatorów. Przede wszystkim są zdolne do przechowywania znacznie większych ilości energii niż kondensatory, chociaż nie są tak dobre w jej przechowywaniu jak akumulatory. Jednak nad akumulatorami mają tę przewagę, że można je ładować i rozładować w ciągu minut. Ponadto wytrzymują miliony cykli ładowanie/rozładowanie, podczas gdy akumulatory potrafią przetrwać jedynie kilka tysięcy takich cykli. W końcu, co ważne, w przeciwieństwie do akumulatorów nie działają dzięki reakcjom chemicznym, a dzięki przechowywaniu ładunków w formie naładowanych jonów umieszczonych na powierzchni elektrod.

Zespół pracujący pod kierunkiem Jennifer Lu z UC Merced i Yata Li z USCS stworzył elektrody do swojego kondensatora za pomocą druku 3D. Atramentem było połączenie celulozowych nanokrysztalów, które dostarczyły węgla, i krzemowych mikrosfer, tworzących podporę dla makroporów. W ten sposób powstał aerożel z porami o średnicy od kilku nanometrów do 500 mikrometrów. Utworzono hierarchiczną strukturę kanałów, które znakomicie zwiększają tempo, w jakim jony z elektrolitu przemieszczają się przez materiał, minimalizując drogę, którą muszą przebyć.

Uzyskany aerożel ma powierzchnię około 1750 m2/g, a stworzona z niego elektroda charakteryzuje się pojemnością elektryczną rzędu 148,6 F/g przy przyłożonym napięciu 5 mV/s. Twórcy elektrody wykazali, że działa ona przy temperaturze nawet -70 stopni Celsjusza, podczas gdy większość komercyjnie dostępnych akumulatorów litowo-jonowych i superkondensatorów przestaje działać w temperaturze -20 do -40 stopni Celsjusza, gdyż dochodzi do zamarznięcia elektrolitu.

Obecnie trwają testy mające na celu dokładne określenie wydajności elektrody przy niskich temperaturach. Prowadzimy testy w warunkach, jakie panują na Księżycu, Marsie i Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, mówi Lu.

Szczegóły badań opublikowano na łamach Nano Letters.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Zamiast "Atramentem było połączenie", czytajcie "Ewenementem było połączenie".

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      NASA określiła przyczynę awarii Teleskopu Hubble'a. Doszło do niej 13 czerwca, a błąd wystąpił w tzw. payload computer, który kontroluje, koordynuje i monitoruje instrumenty naukowe teleskopu. W wyniku awarii komputera instrumenty naukowe zostały automatycznie wprowadzone w tryb bezpieczny. Inżynierowie NASA przez ostatni miesiąc szukali przyczyny błędu i zastanawiali się nad rozwiązaniem problemu.
      Wielodniowe serie testów wykazały, że problem leży w podsystemie Power Control Unit (PCU), odpowiedzialnym za podawania stałego napięcia do payload computer. PCU zawiera regulator, który ma dostarczać prąd o napięciu 5V. Dodatkowy obwód bezpieczeństwa bez przerwy monitoruje napięcie wychodzące z PCU i jeśli jest ono zbyt niskie lub zbyt wysokie, przesyła do payload computer polecenie wyłączenia się.
      Przeprowadzone analizy wykazały, że albo regulator napięcia zawiódł, podał nieprawidłowe napięcie, przez co obwód bezpieczeństwa wyłączył payload computer, albo też doszło do degradacji obwodu bezpieczeństwa, który „zaciął się” w stanie, w którym ciągle nakazuje wyłączanie się payload computera.
      Jako, że nie udało się zresetować PCU, inżynierowie NASA podjęli decyzję o przełączeniu Teleskopu Hubble'a na zapasowy payload computer. Jest to wielodniowy proces. Jeśli się powiedzie, następnym etapem będzie włączanie i testowanie kolejnych instrumentów naukowych.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Czy pszczoły będą mogły towarzyszyć nam na Marsie i czy będą mogły zapylać uprawy w szklarniach marsjańskich – to pytania na które stara się odpowiedzieć doktorantka AGH. Mgr inż. Dagmara Stasiowska w ramach pracy doktorskiej sprawdza wpływ stresu związanego z przeciążeniami generowanymi przez rakietę w trakcie podróży kosmicznej na poprawność rozmnażania się pszczół miodnych, a zwłaszcza na funkcjonowanie organizmów królowych.
      W ramach prowadzonych badań Dagmara Stasiowska zbada łącznie osiem rodzin pszczelich. Cztery królowe wraz z niewielką świtą, zostały zbadane na wirówce przeciążeniowej należącej do Wojskowego Instytutu Medycyny Lotniczej. Symulator zwyczajowo wykorzystywany jest w trakcie szkolenia astronautów i pilotów wojskowych. Z nietypowymi pasażerami na pokładzie symulowano profil przeciążeniowy startującej rakiety. Celem eksperymentu jest sprawdzenie przydatności modelu biocybernetycznego rodziny pszczelej w kontekście poddawania matki pszczelej stresom związanym z lotem kosmicznym.
      Zebrane dane, dotyczące zdolności reprodukcyjnych królowych tj. ilości składanych jaj i ich dystrybucji w czasie, posłużą następnie do stworzenia modelu komputerowego „kosmicznych pszczół”. Model będzie bazował na istniejącym i szeroko wykorzystywanym modelu BEEHAVE, uwzględniającym wiele czynników, zarówno środowiskowych jak i charakterystycznych dla dynamiki rozwoju rodzin pszczelich. Stworzony model będzie mógł zostać wykorzystany w przyszłości np. w trakcie projektowania odpowiednich transporterów, chroniących zapylacze przed przeciążeniami w trakcie lotu rakietą.
      Autorka badań zaznacza: Potencjał naukowy prowadzonych eksperymentów będzie w pełni doceniony za wiele lat, kiedy to faktycznie uda się na Marsie stworzyć pierwsze plantacje. Mam jednak świadomość, że wszystko to co uda się wypracować teraz i sprawdzić w warunkach eksperymentalnych na Ziemi jest w stanie za 10, 20 czy 30 lat przynieść zaskakujące rezultaty. Staram się więc myśleć na tyle perspektywicznie, żeby horyzontem moich badań prowadzonych teraz, był sukces ludzi za kilkadziesiąt lat, miliony kilometrów stąd.
      Dotychczasowe badania obejmują łącznie osiem rodzin, z czego cztery z królowymi, które odbyły lot symulowany na wirówce, a cztery pozostałe stanowią grupę kontrolną. Wpływ przeciążeń na poprawność rozmnażania się królowych pszczół miodnych nie był do tej pory badany, a same eksperymenty na pszczołach w kontekście transportu kosmicznego były wykonane zaledwie kilka razy. Do tej pory badana była m.in. zdolność do budowania plastrów w warunkach mikrograwitacji. Badania te prowadzone były w latach 80. przez Amerykańską Agencję Kosmiczną NASA.
      We wcześniejszych latach doktorantka, wówczas członkini Koła Naukowego AGH Space Systems, prowadziła badania wstępne, obejmujące swoim zakresem robotnice pszczół miodnych. Do badań posłużyły wtedy rakiety sondujące, skonstruowane przez studentów z AGH. Autorka badań jest jednocześnie liderką sekcji AGH Space Systems zajmującej się ładunkami rakietowymi i misjami balonów stratosferycznych. Przeprowadzone kilka lat temu eksperymenty pozwoliły stwierdzić, że przeżywalność osobników doświadczających działania przeciążeń nie odbiega znacząco od przeżywalności grupy kontrolnej i umożliwiły dalsze badania, obejmujące swoim zakresem matki pszczele.
      Promotorem pracy doktorskiej dotyczącej oceny przydatności biocybernetycznego modelu rodziny pszczelej do przewidywania skutków poddania matki pszczelej stresom związanym z lotem kosmicznym jest prof. dr hab. inż. Ryszard Tadeusiewicz, biocybernetyk i były Rektor AGH.
      Cieszę się, że dzięki badaniom Pani Dagmary mogę powrócić do wątku naukowego, który silnie rozwijałem w latach 70. ubiegłego wieku. Budowaliśmy wtedy z doktorem Andrzejem Migaczem pierwsze – chyba w skali światowej – biocybernetyczne modele rodziny pszczelej i jej interakcji ze środowiskiem. Uzyskiwane z symulacji komputerowych wyniki dobrze zgadzały się z obserwacjami prowadzonymi na rzeczywistych ulach – podkreśla prof. Ryszard Tadeusiewicz.
      Badania prowadzone są przy współudziale biologa i pszczelarza dr. Michała Kolasy oraz Fundacji Apikultura, która działa na rzecz upowszechnianie wiedzy na temat pszczelarstwa.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Na University of Bath powstał niezwykle lekki materiał, który może wyciszyć silniki samolotów i znacząco poprawić komfort pasażerów. To najlżejszy ze znanych materiałów izolujących, który może zmniejszyć hałas generowany przez silniki startujących odrzutowców do poziomu zbliżonego do hałasu generowanego przez... suszarkę do włosów.
      Metr sześcienny aerożelu z tlenku grafenu i poli(alkoholu winylowego) waży zaledwie 2,1 kilograma, co czyni go najlżejszym kiedykolwiek wyprodukowanym materiałem izolującym. Jego twórcy zapewniają, że może on obniżyć hałas generowany przez silniki samolotu ze 105 do 89 decybeli, zatem do poziomu przeciętnej suszarki do włosów. Jednocześnie niemal nie wpływałby na wagę całego samolotu.
      Obecnie naukowcy z Materials and Structures Centre (MAST) na Bath University pracują nad optymalizacją swojego aerożelu. Chcą, by lepiej rozpraszał on ciepło, co zmniejszy zużycie paliwa i poprawi bezpieczeństwo.
      "To niezwykle interesujący materiał, który może znaleźć wiele zastosowań. Początkowo w przemyśle lotniczym i kosmicznym, ale potencjalnie również w samochodowym, transporcie morskim czy budownictwie", mówi profesor Michele Meo, który stał na czele zespołu badawczego. "Udało się nam wyprodukować tak lekki materiał dzięki połączeniu ciekłych tlenku grafenu i polimeru, które formowane są tak, by zamknąć wewnątrz bąble powietrza. Możemy porównać tę technikę z ubijaniem bezy. Otrzymujemy ciało stałe, zawierające dużo powietrza".
      Twórcy nowego materiału oceniają, że może on trafić na rynek już za 18 miesięcy.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      NASA ogłosiła, że w latach 2028–2030 wyśle 2 misje na Wenus. Będą to pierwsze od ponad 30 lat misje badawcze NASA poświęcone wyłącznie naszemu najbliższemu planetarnemu sąsiadowi. Zostały one wybrane spośród 4 kandydatów, których opisywaliśmy w lutym ubiegłego roku. Obu misjom przyznano w budżecie NASA po 500 milionów dolarów i stały się one częścią Discovery Program.
      Discovery Program prowadzony jest przez NASA od 1992 roku. W jego ramach NASA zachęca specjalistów do opracowywania koncepcji badań planetarnych, z których NASA wybiera i finansuje najciekawsze pomysły. W ramach Discovery Program zrealizowano już 11 misji, w tym Teleskop Kosmiczny Keplera, który odkrył tysiące planet pozasłonecznych czy misję Mars Pathfinder, pierwszą udaną misję łazika marsjańskiego. Obecnie prowadzone misje to Lunar Reconnaissance Orbiter oraz InSight.
      A misje, które mają zostać zrealizowane w najbliższych 4 latach to Lucy (badanie głównego pasa asteroid i sześciu Trojańczków), Psyche (misja do asteroidy 16 Psyche) oraz Megane (współudział NASA w japońskiej misji badającej skład Fobosa).
      Obecnie wybrane misje to DAVINCI+ (Deep Atmosphere Venus Investigation of Noble gases, Chemistry, and Imaging) oraz VERITAS (Venus Emissivity, Radio Science, InSAR, Topography, and Spectroscopy).
      Celem DAVINCI+ będzie zbadanie składu atmosfery Wenus oraz sprawdzenie, czy na planecie tej istniał ocean. W atmosferę Wenus ma wlecieć próbnik, który dokona jej pomiarów i dotrze do powierzchni planety. Ma on też przysłać zdjęcia powierzchni Wenus w wysokiej rozdzielczości.
      Z kolei w ramach VERITAS na orbitę Wenus ma trafić pojazd, który wykona trójwymiarową rekonstrukcję topografii planety i sprawdzi, czy występują na niej zjawiska tektoniczne oraz wulkanizm. Wykona też zdjęcia powierzchni w podczerwieni, co pozwoli na stworzenie mapy typów skał.
      Za pomocą najnowocześniejszych technologii, które rozwijaliśmy i udoskonalaliśmy przez lata, rozpoczynamy nową dekadę badań Wenus, by zrozumieć, jak to się stało, że ta tak podobna do Ziemi planeta jest piekielnie gorąca. Nie chodzi nam tylko o zrozumienie ewolucji planet i życia w Układzie Słonecznym. Chcemy lepiej zrozumieć egzoplanety, które są nowym, ekscytującym polem badawczym dla NASA, stwierdził Thomas Zurbuchen, dyrektor NASA ds. naukowych.
      Na pokładzie obu misji znajdą się nowoczesne prototypowe urządzenia, które zostaną przetestowane pod kątem ich przydatności w przyszłych misjach. VERITAS zabierze ze sobą Deep Space Atomic Clock-2. To ultraprecyzyjny zegar atomowy, który z jednej strony udoskonali radioastronomię, a z drugiej pomoże w manewrowaniu autonomicznym pojazdom kosmicznym.
      Z kolei w pojeździe DAVINCI+ zainstalowany zostanie Compact Ultraviolet to Visible Imaging Spectrometer (CUVIS), który wykona pomiary światła ultrafioletowego w wysokiej rozdzielczości. W atmosferze Wenus znajduje się coś, co absorbuje promieniowanie ultrafioletowe, pochłaniając nawet połowę energii docierającą tam ze Słońca. CUVIS ma im powiedzieć, co to jest.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Chiny przeprowadziły udane lądowanie łazika na powierzchni Marsa. Stały się tym samym drugim krajem w historii – po USA – któremu udała się ta trudna sztuka. Łazik Zhurong, nazwany tak od imienia boga ognia, jest częścią pierwszej samodzielnej chińskiej misji międzyplanetarnej Tianwen-1, która trafiła na orbitę Marsa w lutym bieżącego roku.
      Na razie Chińczycy nie ujawniają szczegółów lądowania. Wiemy, że stało się to w nocy z piątku na sobotę czasu polskiego. Nie wiemy natomiast, jakie jest dokładnie miejsce lądowania.
      Misja Tianwen-1 wystartowała 23 lipca 2020 roku. Składa się ona z orbitera, lądownika i łazika. Wiemy, że Zhurong, który jest wielkości łazików Spirit i Opportunity, został wyposażony w kamery, georadar, laser oraz czujniki badające atmosferę i pole magnetyczne Marsa.
      Li Chunlai, jeden z głównych projektantów misji Tianwen-1 mówi, że jej celem jest nie tylko poszukiwanie obecnego lub dawnego życia na Marsie, ale też badanie jego ewolucji i poszukiwanie potencjalnych miejsc, w których mogliby osiedlić się ludzie.
      Lądowanie Zhuronga przebiegało podobnie, jak wcześniejsze lądowanie amerykańskich łazików. Wykorzystano osłonę termiczną, wyhamowującą opadający pojazd oraz spadochron, a także niewielkie silniki, które spowolniły pojazd w ostatnim etapie lądowania. Chiński łazik bezpiecznie wylądował w regionie Utopia Planitia i po kilkunastu minutach, po rozwinięciu paneli słonecznych, przesłał sygnał świadczący o udanym przybyciu na Czerwoną Planetę.
      Misja Tianwen-1 nie jest pierwszą chińską próbą dotarcia na Marsa. Wcześniej Państwo Środka usiłowało wysłać na orbitę Marsa pojazd Yinghuo-1. Stanowił on część nieudanej misji Fobos-Grunt z 2011 roku zorganizowanej wraz z Rosją.
      Chiny stały się drugim państwem w historii, które umieściły łazik na Marsie. Wcześniej NASA przeprowadziła udane lądowania 5 łazików. Poza USA i Chinami jedynym państwem, któremu udało się lądowanie na Marsie, jest ZSRR, jednak misja Mars 3 uległa awarii zaledwie kilka minut po wylądowaniu. Unia Europejska próbowała dwukrotnie posadowić obiekt na Marsie i dwa razy się jej nie udało.
      Z kolei pojazdy na orbicie Marsa umieściły dotychczas USA, ZSRR, UE, Indie, Zjednoczone Emiraty Arabskie oraz Chiny.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...