Na Marsa w 6 tygodni? Laserowy system napędowy może przyspieszyć podróż na Czerwoną Planetę
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Astronomia i fizyka
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Po raz pierwszy zaobserwowano, w czasie rzeczywistym i skali molekularnej, jak powstaje woda. Naukowcy z Northwestern University zarejestrowali łączenie się atomów wodoru i tlenu. Obserwacji dokonano w ramach badań, w czasie których uczeni chcieli zrozumieć działanie palladu jako katalizatora reakcji prowadzącej do powstawania wody.
Uzyskanie wody za mocą palladu nie wymaga ekstremalnych warunków, zatem może być wykorzystane w praktyce do pozyskania wody tam, gdzie jest trudno dostępna. Na przykład na innych planetach. Przypomnijmy sobie Marka Watneya, granego przez Matta Damona w „Marsjaninie”. Spalał paliwo rakietowe, by uzyskać wodór, a następnie dodawał do niego tlen. Nasz proces jest bardzo podobny, ale nie potrzebujemy ognia i innych ekstremalnych warunków. Po prostu zmieszaliśmy pallad i gazy, mówi jeden z autorów badań, profesor Vinayak Dravid.
O tym, że pallad może być katalizatorem do generowania wody, wiadomo od ponad 100 lat. To znane zjawisko, ale nigdy go w pełni nie rozumieliśmy, wyjaśnia doktorant Yukun Liu, główny autor badań. Młody uczony dodaje, że do zrozumienia tego procesu konieczne było połączenie analizy struktury w skali atomowej oraz bezpośredniej wizualizacji. Wizualizowanie całego procesu było zaś niemożliwe.
Jednak w styczniu 2024 roku na łamach Science Advances profesor Dravid opisał nowatorką metodę analizowania molekuł gazu w czasie rzeczywistym. Uczony wraz z zespołem stworzyli ultracienką membranę ze szkła, która więzi molekuły gazu w reaktorach o strukturze plastra miodu. Uwięzione atomy można obserwować za pomocą transmisyjnego mikroskopu elektronowego w próżni wysokiej.
Za pomocą nowej metody uczeni zaobserwowali, jak atomy wodoru wnikają do próbki palladu, rozszerzając jej sieć atomową. Po chwili – ku zaskoczeniu uczonych – na powierzchni palladu pojawiły się krople wody. Myślę, że to najmniejsze kiedykolwiek zaobserwowane krople. Tego się nie spodziewaliśmy. Na szczęście nagraliśmy to i możemy udowodnić, że nie oszaleliśmy, cieszy się Liu.
Po potwierdzeniu, że pojawiła się woda, naukowcy zaczęli szukać sposobu na przyspieszenie reakcji. Zauważyli, że najszybciej zachodzi ona, gdy najpierw doda się wodór, później tlen. Atomy wodoru wciskają się między atomy palladu, rozszerzając próbkę. Gdy do całości zostaje dodany tlen, wodór opuszcza pallad, by połączyć się z tlenem, a próbka kurczy się do wcześniejszych rozmiarów.
Badania prowadzone były w nanoskali, ale wykorzystanie większych kawałków palladu pozwoliłoby na uzyskanie większej ilości wody. Autorzy badań wyobrażają sobie, że w przyszłości astronauci mogliby zabierać ze sobą pallad wypełniony wodorem. Gdy będą potrzebowali wody, dodadzą tlen. Pallad jest drogi, ale nasza metoda go nie zużywa. Jedyne, co jest tutaj zużywane, to gaz. A wodór to najpowszechniej występujący gaz we wszechświecie. Po reakcji pallad można wykorzystywać ponownie, mówi Liu.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Niewielki wargatek sanitarnik to niezwykła ryba. Żywi się pasożytami skóry innych ryb, które przypływają do „stacji sanitarnych” wargatków na czyszczenie. Wcześniejsze badania wykazały, że wargatki potrafią zapamiętać ponad 100 „klientów”. W 2018 roku uczeni odkryli, że potrafią rozpoznać się w lustrze, co jest jednym z przejawów samoświadomości. Z kolei w ubiegłym roku dowiedzieliśmy się, że wargatki rozpoznają się też na fotografii po tym, jak obejrzały się w lustrze. Teraz japońscy uczeni donoszą, że wargatki potrafią wykorzystać lustro podczas... walki o terytorium.
Wspomniane na wstępie „stacje sanitarne” obsługiwane są przez parę dorosłych i grupę młodych lub grupę samic, którym przewodzi samiec. Jeśli samiec znika, jego rolę przejmuje jedna z samic. Część dorosłych wargatków żyje jednak samotnie i są terytorialne. Bronią swojego terenu przed intruzami. I właśnie ten aspekt ich życia postanowili wykorzystać naukowcy z Japonii. Chcieli sprawdzić, na ile dobrą reprezentację ciała mają wargatki.
Podczas pierwszej fazy eksperymentu naukowcy, których pracami kierował Taiga Kobayashi, pokazywali rybom trzymanym w akwarium zdjęcia innych wargatków. Ryby na zdjęciach były o 10% mniejsze i o 10% większe od osobnika w akwarium. W tym przypadku, bez względu na wielkość ryby, wargatki próbowały atakować intruza.
Następnie przy akwarium ustawiono lustro. Wówczas wargatki zmieniły swoje zachowanie. Atakowały mniejszych intruzów podpływania do lustra, ale gdy ryba na zdjęciu była większa, wargatki kilkukrotnie podpływały do lustra, by dobrze ocenić własne rozmiary i nie atakowały wyraźnie większych przeciwników.
Nasze odkrycie wskazuje, że ryby zmniejszyły swój poziom agresji nie dlatego, że przyzwyczaiły się do prezentowanego im po raz drugi zdjęcia, ale dlatego, że dzięki ustawieniu lustra były w stanie dostrzec 10-procentową różnicę w wielkości, stwierdzają badacze.
Oczywiście musimy pamiętać, że w naturze lustra nie występują. A to oznacza, że wargatki nauczyły się używać narzędzia dostarczonego przez człowieka.
Na zdjęciach, dostarczonych przez Taigę Kobayashiego, możemy zobaczyć wargatki w naturalnym środowisku oraz podczas eksperymentu.
« 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 -
przez KopalniaWiedzy.pl
Misja Psyche jeszcze nie dotarła do celu, a już zapisała się w historii podboju kosmosu. Głównym jej celem jest zbadanie największej w Układzie Słonecznym asteroidy Psyche. Przy okazji NASA postanowiła przetestować technologię, z którą eksperci nie potrafili poradzić sobie od dziesięcioleci – przesyłanie w przestrzeni kosmicznej danych za pomocą lasera. Agencja poinformowała właśnie, że z Psyche na Ziemię trafił 15-sekudowy materiał wideo przesłany z odległości 31 milionów kilometrów z maksymalną prędkością 267 Mbps. To niemal 2-krotnie szybciej niż średnia prędkość szerokopasmowego internetu w Polsce.
To, czego właśnie dokonała NASA jest nie zwykle ważnym osiągnięciem. Pozwoli bowiem na znacznie sprawniejsze zbieranie danych z instrumentów pracujących w przestrzeni kosmicznej i zapewni dobrą komunikację z misjami załogowymi odbywającymi się poza orbitą Ziemi.
Sygnał z Psyche potrzebował około 101 sekund, by dotrzeć do Ziemi. Dane, przesyłane przez laser pracujący w bliskiej podczerwieni trafiły najpierw do Hale Teelscope w Palomar Observatory w Kalifornii. Następnie przesłano je do Jet Propulsion Laboratory w Południowej Kalifornii, gdzie były odtwarzane w czasie rzeczywistym podczas przesyłania. Jak zauważył Ryan Rogalin, odpowiedzialny za elektronikę odbiornika w JPL, wideo odebrane w Palomar zostało przesłane przez internet do JPL, a transfer danych odbywał się wolniej, niż przesyłanie danych z kosmosu. Podziwiając tempo transferu danych nie możemy zapomnieć też o niezwykłej precyzji, osiągniętej przez NASA. Znajdujący się na Psyche laser trafił z odległości 31 milionów kilometrów w 5-metrowe zwierciadło teleskopu. Sam teleskop to również cud techniki. Jego budowę ukończono w 1948 roku i przez 45 lat był najdoskonalszym teleskopem optycznym, a jego zwierciadło główne jest drugim największym zwierciadłem odlanym w całości.
Po co jednak prowadzić próby z komunikacją laserową, skoro od dziesięcioleci w przestrzeni kosmicznej z powodzeniem przesyła się dane za pomocą fal radiowych? Otóż fale radiowe mają częstotliwość od 3 Hz do 3 Thz. Tymczasem częstotliwość pracy lasera podczerwonego sięga 300 THz. Zatem transmisja z jego użyciem może być nawet 100-krotnie szybsza. Ma to olbrzymie znaczenie. Chcemy bowiem wysyłać w przestrzeń kosmiczną coraz więcej coraz doskonalszych narzędzi. Dość wspomnieć, że Teleskop Webba, który zbiera do 57 GB danych na dobę, wysyła je na Ziemię z prędkością dochodzącą do 28 Mb/s. Zatem jego systemy łączności działają 10-krotnie wolniej, niż testowa komunikacja laserowa.
Zainstalowany na Psyche Deep Space Optical Communication (DSOC) uruchomiono po raz pierwszy 14 listopada. Przez kolejne dni system sprawdzano i dostrajano, osiągając coraz szybszy transfer danych i coraz większą precyzję ustanawiania łącza z teleskopem. W tym testowym okresie przesłano na Ziemię łącznie 1,3 terabita danych. Dla porównania, misja Magellan, która w latach 1990–1994 badała Wenus, przesłała w tym czasie 1,2 Tb.
Misja Psyche korzysta ze standardowego systemu komunikacji radiowej. DSOC jest systemem testowym, a jego funkcjonowanie nie będzie wpływało na powodzenie całej misji.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
NASA i DARPA ujawniły szczegóły dotyczące budowy silnika rakietowego o napędzie atomowym. Jądrowy silnik termiczny (NTP) DRACO (Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations) powstaje we współpracy z Lockheed Martinem i BWX Technologies. Najpierw zostanie zbudowany prototyp, następnie silnik do pojazdów zdolnych dolecieć do Księżyca, w końcu zaś silnik dla misji międzyplanetarnych. Jeszcze przed kilkoma miesiącami informowaliśmy, że DRACO może powstać w 2027 roku. Teraz dowiadujemy się, że test prototypu w przestrzeni kosmicznej zaplanowano na koniec 2026 roku.
To niezwykłe przyspieszenie prac – trzeba pamiętać, że zwykle projekty związane z przestrzenią kosmiczną i nowymi technologiami mają spore opóźnienie – było możliwe dzięki częściowemu połączeniu prac, które zwykle odbywają się osobno, w drugiej i trzeciej fazie rozwoju projektu. To zaś jest możliwe dzięki wykorzystaniu sprzętu i doświadczeń z dotychczasowych misji w głębszych partiach kosmosu. Budujemy stabilną i bezawaryjną platformę, w której wszystko, co nie jest silnikiem, to technologie o niskim ryzyku, mówi Tabitha Dodson, odpowiedzialna z ramienia DARPA za projekt DRACO.
Wiemy, że niedawno zakończyła się pierwsza faza projektu, w ramach którego powstał projekt nowego reaktora. Nie ujawniono, ile faza ta kosztowała. Kolejne dwie fazy mają budżet 499 milionów USD. Jeśli prototyp zda egzamin, powstanie silnik dla misji na Księżyc. Przyniesie on spore korzyści. Napędzane nim rakiety będą przemieszczały się szybciej, zatem szybciej dostarczą ludzi, sprzęt i materiały na potrzeby budowy bazy na Księżycu. Jednak największe korzyści z nowego silnika ujawnią się podczas misji na Marsa.
Okno startowe misji na Czerwoną Planetę otwiera się co 26 miesięcy i jest dość wąskie. Dzięki lepszym silnikom i szybszym rakietom okno to można poszerzyć, co ułatwi planowanie i przeprowadzanie marsjańskich misji. Nie mówiąc już o tym, że skrócenie samej podróży będzie korzystne dla zdrowia astronautów poddanych promieniowaniu kosmicznemu. Prędkość obecnie stosowanych silników jest ograniczona przez dostępność paliwa i utleniacza. Silnik z reaktorem atomowym działałby dzięki ogrzewaniu ciekłego wodoru z temperatury -253 stopni Celsjusza do ponad 2400 stopni Celsjusza i wyrzucaniu przez dysze szybko przemieszczającego się rozgrzanego gazu. To on nadawałby ciąg rakiecie.
Pomysłodawcą stworzenia napędu atomowego jest polski fizyk Stanisław Ulam, który przedstawił go w 1946 roku. Dziesięć lat później rozpoczęto Project Orion. Efektem prac było powstanie prototypowego silnika, który został przetestowany na ziemi. Obecnie takie testy nie wchodzą w grę. Zgodnie z dzisiejszymi przepisami naukowcy musieliby przechwycić gazy wylotowe, usunąć z nich materiał radioaktywny i bezpiecznie go składować. Dlatego też prototyp zostanie przetestowany na orbicie 700 kilometrów nad Ziemią. Ponadto w latach 50. wykorzystano wzbogacony uran-235, taki jak w broni atomowej. Obecnie użyty zostanie znacznie mniej uran-235. Można z nim bezpieczne pracować i przebywać w jego pobliżu, mówi Anthony Calomino z NASA. Drugi z podobnych projektów, NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application), doprowadził do stworzenia dobrze działającego silnika. Ze względu na duże koszty projekt zarzucono.
Reaktor będzie posiadał liczne zabezpieczenia, które nie dopuszczą do jego pełnego działania podczas pobytu na ziemi. Dopiero po opuszczeniu naszej planety będzie on w stanie w pełni działać.
W czasie testów zostaną sprawdzone liczne parametry silnika, w tym jego ciąg oraz impuls właściwy. Impuls właściwy obecnie stosowanych silników chemicznych wynosi około 400 sekund. W przypadku silnika atomowego będzie to pomiędzy 700 a 900 sekund. NASA chce też sprawdzić, na jak długo wystarczy 2000 kilogramów ciekłego wodoru. Inżynierowie mają nadzieję, że taka ilość paliwa wystarczy na napędzanie rakiety przez wiele miesięcy. Obecnie górny człon rakiety nośnej ma paliwa na około 12 godzin. Silniki NTP powinny być od 2 do 5 razy bardziej efektywne, niż obecne silniki chemiczne. A to oznacza, że napędzane nimi rakiety mogą lecieć szybciej, dalej i zaoszczędzić paliwo.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.