Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
KopalniaWiedzy.pl

Na Marsa w 6 tygodni? Laserowy system napędowy może przyspieszyć podróż na Czerwoną Planetę

Recommended Posts

Łazik Perseverance wylądował na Marsie po trwającej ponad pół roku podróży. W tym czasie był narażony na oddziaływanie dużych dawek promieniowania kosmicznego, które dodatkowo mogło zostać gwałtownie zwiększone przez koronalne wyrzuty masy ze Słońca. Na takie właśnie szkodliwe dla zdrowia promieniowanie narażeni będą astronauci podróżujący na Marsa. W przeciwieństwie do załogi Międzynarodowej Stacji Kosmicznej nie będą oni chronieni przez ziemską magnetosferę. Dlatego też wszelkie metody skrócenia podróży są na wagę zdrowia i życia.

Emmanuel Duplay i jego koledzy z kanadyjskiego McGill University zaprezentowali na łamach Acta Astronautica interesującą koncepcję laserowego systemu napędowy, który mógłby skrócić załogową podróż na Marsa do zaledwie 45 dni.

Pomysł na napędzanie pojazdów kosmicznych za pomocą laserów nie jest niczym nowym. Jego olbrzymią zaletą jest fakt, że system napędowy... pozostaje na Ziemi. Jedną z rozważanych technologii jest wykorzystanie żagla słonecznego przymocowanego do pojazdu. Żagiel taki wykorzystywałby ciśnienie fotonów wysyłanych w jego kierunku z laserów umieszczonych na Ziemi. W ten sposób można by rozpędzić pojazd do nieosiągalnych obecnie prędkości.

Jednak system taki może zadziałać wyłącznie w przypadku bardzo małych pojazdów. Dlatego Duplay wraz z zespołem proponują rozwiązanie, w ramach którego naziemny system laserów będzie rozgrzewał paliwo, na przykład wodór, nadając pęd kapsule załogowej.

Pomysł Kanadyjczyków polega na stworzeniu systemu laserów o mocy 100 MW oraz pojazdu załogowego z odłączanym modułem napędowym. Moduł składałby się z olbrzymiego lustra i komory wypełnionej wodorem. Umieszczone na Ziemi lasery oświetlałby lustro, które skupiałoby światło na komorze z wodorem. Wodór byłby podgrzewany do około 40 000 stopni Celsjusza, gwałtownie by się rozszerzał i uchodził przez dyszę wylotową, nadając pęd kapsule załogowej. W ten sposób, w ciągu kilkunastu godzin ciągłego przyspieszania kapsuła mogłaby osiągnąć prędkość około 14 km/s czyli ok. 50 000 km/h, co pozwoliłoby na dotarcie do Marsa w 45 dni. Sam system napędowy, po osiągnięciu przez kapsułę odpowiedniej prędkości, byłby od niej automatycznie odłączany i wracałby na Ziemię, gdzie można by go powtórnie wykorzystać.

Drugim problemem, obok stworzenia takiego systemu, jest wyhamowanie pojazdu w pobliżu Marsa. Naukowcy z McGill mówią, że można to zrobić korzystając z oporu stawianego przez atmosferę Czerwonej Planety, jednak tutaj wciąż jest sporo niewiadomych.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites
Posted (edited)
23 godziny temu, KopalniaWiedzy.pl napisał:

Drugim problemem, obok stworzenia takiego systemu, jest wyhamowanie pojazdu w pobliżu Marsa.

Jeszcze przydałaby się możliwość powrotu;) Więc co, drugie lustro na Marsie?

Edited by darekp

Share this post


Link to post
Share on other sites

Na powrót z Marsa dużo mniej paliwa jest potrzebne. Może być przywiezione albo zrobione na miejscu.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Hamowanie w rozrzedzonej atmosferze z dużej prędkości raczej łatwe nie będzie. Trzeba by było krążyć wiele razy po wydłużonej orbicie. Nie zajmie to czasem w optymistycznym wariancie wiele miesięcy?

Share this post


Link to post
Share on other sites
54 minuty temu, tempik napisał:

Nie zajmie to czasem w optymistycznym wariancie wiele miesięcy?

Raczej nie. Pamiętasz zapewne, że opory ośrodka silnie zależą od prędkości; jakoś v2 lub mocniej. To raczej "tylko" techniczna kwestia odpowiedniej "tarczy" hamującej.

Share this post


Link to post
Share on other sites
43 minuty temu, Astro napisał:

Pamiętasz zapewne, że opory ośrodka silnie zależą od prędkości; jakoś v2 lub mocniej

Pamiętam i stosuję granicę między dwoma ośrodkami o różnej gęstości puszczając z dziećmi kaczki na jeziorze, dlatego mam te wątpliwości. Chyba że nacierać prostopadle, ale czy wtedy wytrzyma konstrukcja i jej biologiczna zawartość? :)

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
2 godziny temu, tempik napisał:

Pamiętam i stosuję granicę między dwoma ośrodkami o różnej gęstości

Próżnia - atmosfera Marsa? Tak to nie działa... ;)

2 godziny temu, tempik napisał:

dwoma ośrodkami o różnej gęstości puszczając z dziećmi kaczki na jeziorze,

Chwalebne, ale nie ma znaczenia znaczenie. BLISKOŚĆ się liczy i ma znaczenie. ;)

2 godziny temu, tempik napisał:

Chyba że nacierać prostopadle

Tak głupie, że wiedzieli już to nasi praszczurowie... ;)

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
3 godziny temu, Astro napisał:

Tak głupie, że wiedzieli już to nasi praszczurowie... ;)

szkoda że ewolucyjnie minęli się z agencją NASA i nie przekazali knowhow :D . wszystkie dotychczasowe akcje typu aerobraking wyglądały jak przy MARS Reconnaissance Orbiter i trwały miesiącami:

https://mars.nasa.gov/mro/mission/timeline/mtaerobraking/#:~:text=Aerobraking began after Mars Orbit,hour%2C near-circular orbit.

i to przy klasycznym napędzie i prędkości. przy prędkości x5 może być jeszcze ciekawiej. Ale może przy założeniu że nie pozostaje się na orbicie tylko ląduje można zastosować jakiś inny trik.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
17 godzin temu, tempik napisał:

wszystkie dotychczasowe akcje typu aerobraking wyglądały jak przy MARS Reconnaissance Orbiter i trwały miesiącami

No ale "prostopadle" (do gruntu) nie nacierali. ;)

Share this post


Link to post
Share on other sites

40 000 K !? Jak to utrzymać, plazmę w polu magnetycznym, czyli magnesy nadprzewodnikowe chłodzone do prawie 0?! Głównym problemem w próżni jest pozbycie sie ciepła, bo przecież to termos!!!!

Share this post


Link to post
Share on other sites
37 minut temu, nurek napisał:

40 000 K !?

To naprawdę niskotemperaturowa plazma (a nawet bardzo). Nie ma o czym mówić. ;)

38 minut temu, nurek napisał:

Jak to utrzymać, plazmę w polu magnetycznym

Ale po co? Tu idzie o coś innego:

W dniu 29.04.2022 o 14:03, KopalniaWiedzy.pl napisał:

Wodór byłby podgrzewany do około 40 000 stopni Celsjusza, gwałtownie by się rozszerzał i uchodził przez dyszę wylotową

;)

Share this post


Link to post
Share on other sites

żeby gwałtownie się rozszerzał i uchodził przez dyszę wylotową to musi sie z czegoś rozchodzić, z jakiegoś baniaka. Podgrzewany wodór nie jest głupi i chce sie po podgrzaniu rozszerzać w 3 wymiarach a my chcemy żeby w jednym i po to dysza a jak dysza to i baniak i 40000K w nim.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Pytanie ile tu jest tak na prawdę oszczędności? Musimy mieć na pokładzie paliwo (masę), musimy mieć lustro. Oszczędność to brak jakiegoś reaktora, który by ten wodór podrzewał na miejscu. Pytanie jakiej mocy musiałby być, ile by przy tej masie ważył, ile energii z laserów na Ziemi docierałoby do zbiornika (sprawność)? Plusem posiadania na pokładzie własnego "podgrzewacza" to możliwość hamowania, zmiany kierunku ciągu/odrzutu w dowolnym kierunku, a nie tylko, z grubsza, "od Ziemi".

 

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

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      „Niemożliwy” unipolarny (jednobiegunowy) laser zbudowany przez fizyków z University of Michigan i Universität Regensburg może posłużyć do manipulowania kwantową informacją, potencjalnie zbliżając nas do powstania komputera kwantowego pracującego w temperaturze pokojowej. Laser taki może też przyspieszyć tradycyjne komputery.
      Światło, czyli promieniowanie elektromagnetyczne, to fala oscylująca pomiędzy grzbietami a dolinami, wartościami dodatnimi a ujemnymi, których suma wynosi zero. Dodatni cykl fali elektromagnetycznej może przesuwać ładunki, jak np. elektrony. Jednak następujący po nim cykl ujemny przesuwa ładunek w tył do pozycji wyjściowej. Do kontrolowania przemieszania informacji kwantowej potrzebna byłaby asymetryczna – jednobiegunowa – fala światła. Optimum byłoby uzyskanie całkowicie kierunkowej, unipolarnej „fali”, w której występowałby tylko centralny grzbiet, bez oscylacji. Jednak światło, jeśli ma się przemieszczać, musi oscylować, więc spróbowaliśmy zminimalizować te oscylacje, mówi profesor Mackillo Kira z Michigan.
      Fale składające się tylko z grzbietów lub tylko z dolin są fizycznie niemożliwe. Dlatego też naukowcy uzyskali falę efektywnie jednobiegunową, która składała się z bardzo stromego grzbietu o bardzo wysokiej amplitudzie, któremu po obu stronach towarzyszyły dwie rozciągnięte doliny o niskiej amplitudzie. Taka konstrukcja powodowała, że grzbiet wywierał silny wpływ na ładunek, przesuwając go w pożądanym kierunku, a doliny były zbyt słabe, by przeciągnąć go na pozycję wyjściową.
      Taką falę udało się uzyskać wykorzystując półprzewodnik z cienkich warstw arsenku galu, w którym dochodzi do terahercowej emisji dzięki ruchowi elektronów i dziur. Półprzewodnik został umieszczony przed laserem. Gdy światło w zakresie bliskiej podczerwieni trafiło w półprzewodnik, doszło do oddzielenia się elektronów od dziur. Elektrony poruszyły się w przód. Następnie zostały z powrotem przyciągnięte przez dziury. Gdy elektrony ponownie łączyły się z dziurami, uwolniły energię, którą uzyskały z impulsu laserowego. Energia ta miała postać silnego dodatniego półcyklu w zakresie teraherców, przed i po którym przebiegał słaby, wydłużony półcykl ujemny.
      Uzyskaliśmy w ten sposób zadziwiającą unipolarną emisję terahercową, w którym pojedynczy dodatni półcykl był czterokrotnie wyższy niż oba cykle ujemne. Od wielu lat pracowaliśmy nad impulsami światła o coraz mniejszej liczbie oscylacji. Jednak możliwość wygenerowania terahercowych impulsów tak krótkich, że efektywnie składały się z mniej niż pojedynczego półcyklu oscylacji była czymś niewyobrażalnym, cieszy się profesor Rupert Hubner z Regensburga.
      Naukowcy planują wykorzystać tak uzyskane impulsy do manipulowania elektronami w materiałach kwantowych w temperaturze pokojowej i badania mechanizmów kwantowego przetwarzania informacji. Teraz, gdy wiemy, jak uzyskać unipolarne terahercowe impulsy, możemy spróbować nadać im jeszcze bardziej asymetryczny kształt i lepiej przystosować je do pracy z kubitami w półprzewodnikach, dodaje doktorant Qiannan Wen.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Doktor inż. Marta Mazurkiewicz-Pawlicka i magister inż. Zuzanna Bojarska z Wydziału Inżynierii Chemicznej i Procesowej Politechniki Warszawskiej stworzyły technologię, która pozwoli na tańszą produkcję wodoru. Wykorzystały przy tym disiarczek molibdenu uzyskiwany w reaktorach zderzeniowych oraz nanomateriały węglowe.
      Wodór ma być jednym z filarów transformacji energetycznej. Unia Europejska zakłada, że do roku 2050 wodór uzyskiwany ze źródeł odnawialnych będzie zapewniał 24% energii używanej we wspólnocie.
      Uczone chciały opracować tańsza metodę pozyskiwania wodoru z wody. Obecnie wykorzystuje się w tym celu proces elektrolizy, a katalizatorem jest kosztowana i coraz trudniej dostępna platyna. Zespół z Politechniki Warszawskiej postanowił w roli katalizatora wykorzystać disiarczek molibdenu i nanomateriały węglowe. Docelowo materiały te mają powstawać w reaktorach zderzeniowych, co jest nowością. "Reaktory zderzeniowe pozwalają na produkcję materiałów o powtarzalnych właściwościach w sposób ciągły i kontrolowany. Przez swoją dość prostą konstrukcję są łatwo skalowalne i z powodzeniem mogą być zastosowane w przemyśle", mówi Zuzanna Bojarska.
      Reaktor zderzeniowy ma kształt litery T. Dochodzi w nim do zderzenia dwóch strumieni, panują tam dobre warunki mieszania, a trzecim kanałem odprowadzany jest produkt końcowy.
      Technologia syntezy disiarczku molibdenu w reaktorze zderzeniowym została opracowana przez zespół profesora Łukasza Makowskiego. Zuzanna Bojarska pracuje nad tym zagadnieniem w ramach doktoratu. Z kolei doktor Mazurkiewicz-Pawlica bada nanomateriały węglowe. Łączymy wszystkie nasze doświadczenia i kompetencje. Cieszę się, że tworzymy interdyscyplinarny zespół i jesteśmy w stanie opracować technologię wytwarzania nowych materiałów oraz znaleźć dla nich ciekawe zastosowanie, mówi Mazurkiewicz-Pawlicka.
      Opracowany na PW pomysł zakłada wprowadzenie do reaktor reagentów w postaci roztworu lub zawiesiny z nanomateriałami węglowymi, a w wyniku reakcji dojdzie do wytrącania się disiarczku molibdenu na powierzchni węgla.
      jednak na tym pomyły obu uczonych się nie kończą. Nawiązano współpracę z tajwańskim Tatung University. Chcemy zwiększyć aktywność naszej hybrydy w zakresie promieniowania słonecznego poprzez dodanie nanocząstek półprzewodnikowych o właściwościach fotokatalitycznych. Zastosowanie takich materiałów pozwoli na obniżenie kosztów technologicznych ze względu na użycie energii słonecznej, mówi dr Mazurkiewicz-Pawlicka.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Stefan Kaskel i Thomas Heine z Uniwersytetu Technologicznego w Dreźnie oraz Michael Hirscher z Instytutu Systemów Inteligentnych im. Maxa Plancka w Stuttgarcie wykorzystali szkielet metalo-organiczny DUT-8 w roli kwantowego sita do pozyskiwania deuteru, dzięki temu ten cenny izotop wodoru można będzie pozyskiwać znacznie taniej niż obecnie.
      Istnieją dwa stabilne izotopy wodoru. 1H (prot) stanowi 99,98% wszystkich atomów wodoru, a w jego jądrze znajduje się pojedynczy proton. Drugim ze stabilnych izotopów jest 2H, deuter, który w jądrze zawiera proton i neutron. Deuter ma liczne zastosowania. Jest wykorzystywany zarówno w fuzji jądrowej, pracach nad nowymi lekami i obrazowaniu medycznym. Obecnie deuter pozyskuje się w drodze elektrolizy z wody. To bardzo kosztowny proces, przez co deuter jest droższy od złota. Niemieccy naukowcy uważają, że dzięki wykorzystaniu kwantowego sita pozyskiwanie deuteru może być znacznie tańsze.
      W 2012 roku naukowcy z Drezna stworzyli nowy typ szkieletu metalo-organicznego. Zbudowany jest on z jonów metali połączonych za pomocą organicznych ligand, dzięki którym tworzy uporządkowaną macierz.
      Szkielet DUT-8 wyróżnia się niezwykłą elastycznością. Reaguje na zewnętrzną stymulację, dostosowując ligandy, przez co zmienia rozmiary porów. Już w 2012 roku naukowcy wykazali, że DUT-8 pod wpływem wysokiego ciśnienia lub bardzo niskich temperatur blokuje przepływ molekuł wodoru w formie gazowej. Teraz uczeni zbadali reakcję DUT-8 na molekuły złożone z dwóch jąder deuteru.
      Dzięki zaawansowanym technikom obrazowania naukowcy zauważyli, że w temperaturze ok. -250 stopni Celsjusza i ciśnieniu ok. 24 kPa pory DUT-8 otwierały się w obecności D2. dzięki temu przez sito przechodziło 12-krotnie więcej molekuł D2 niż H2. Dzięki zdobytej w ten sposób wiedzy naukowcy mogli przeprowadzić symulacje całego procesu. Pozwoliło to na opisanie procesu, w wyniku którego pory otwierają się w obecności D2, ale zamykają w obecności H2 i HD. Ponadto obliczenia wykazały, że sito będzie otwierało się też w obecności trytu T2 i DT, ale pozostanie zamknięte dla HT.
      Naukowcy zapewniają, że ich eksperymenty wykazały, iż wykorzystanie DUT-8 może być efektywną tanią metodą rozdzielania izotopów wodoru z formy gazowej.
      Ze szczegółami badań można zapoznać się na łamach Science Advances.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Krwawienie z naczyń krwionośnych podczas operacji neurochirurgicznych to poważny problem. Krew zasłania pole widzenia i konieczne jest jej usuwanie. Dlatego pole operacyjne, w którym nie pojawiałaby się krew czyniłoby cały zabieg bardziej precyzyjnym i bezpiecznym. Naukowcy z University of Texas w Austin i University of California, Irvine, opracowali właśnie laserową platformę do bezkrwawej resekcji tkanki mózgowej.
      Obecnie podczas zabiegów neurochirurgicznych, by zapewnić dobre pole widzenia, wykorzystuje się ultradźwiękowe aspiratory, po których stosuje się przyżeganie (elektrokauteryzację). Jako jednak, że obie metody stosowane są jedna po drugiej, wydłuża to operację. Ponadto przyżeganie może prowadzić do uszkodzenia części tkanki.
      Specjaliści z Teksasu i Kalifornii wykazali podczas eksperymentów na myszach, że ich nowy laser pozwala na bezkrwawą resekcję tkanki. Ich system składa się z urządzenia do koherencyjnej tomografii optycznej (OCT), które zapewnia obraz w mikroskopowej rozdzielczości, bazującego na iterbie lasera do koagulacji naczyń krwionośnych oraz wykorzystującego tul lasera do cięcia tkanki.
      Maksymalna moc lasera iterbowego wynosi 3000 W, a urządzenie pozwala na dobranie częstotliwości i długości trwania impulsów w zakresie od 50 mikrosekund do 200 milisekund, dzięki czemu możliwa jest skuteczna koagulacja różnych naczyń krwionośnych. Laser ten emituje światło o długości 1,07 mikrometra. Z kolei laser tulowy pracuje ze światłem o długości fali 1,94 mikrometra, a jego średnia moc podczas resekcji tkanki wynosi 15 W. Twórcy nowej platformy połączyli oba lasery w jednym biokompatybilnym włóknie, którym można precyzyjnie sterować dzięki OCT.
      Opracowanie tej platformy możliwe było dzięki postępowi w dwóch kluczowych dziedzinach. Pierwszą jest laserowa dozymetria, wymagana do koagulacji naczyń krwionośnych o różnych rozmiarach. Wcześniej duże naczynia, o średnicy 250 mikrometrów i większej, nie poddawały się laserowej koagulacji z powodu szybkiego wypływu krwi. Mój kolega Nitesh Katta położył podstawy naukowe pod metodę dozymetrii laserowej pozwalającej na koagulowanie naczyń o średnicy do 1,5 milimetra, mówi główny twórca nowej platformy, Thomas Milner.
      Drugie osiągnięcie to odpowiednia metodologia działań, która pozwala na osiągnięcie powtarzalnej i spójnej ablacji różnych typów tkanki dzięki głębiej penetrującym laserom. Jako, że laserowa ablacja jest zależna od właściwości mechanicznych tkanki, cięcia mogą być niespójne, a w niektórych przypadkach mogą skończyć się katastrofalną niestabilnością cieplną. Nasza platforma rozwiązuje oba te problemy i pozwala na powtarzalne spójne cięcie tkanki miękkiej jak i sztywnej, takiej jak tkanka chrzęstna.
      Na łamach Biomedical Optics Express twórcy nowej platformy zapewniają, że w polu operacyjnym nie pojawia się krew, jakość cięcia jest odpowiednia i obserwuje się jedynie niewielkie uszkodzenia termiczne tkanki.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      NASA do września przedłużyła misję marsjańskiego śmigłowca Ingenuity. W najbliższych miesiącach śmigłowiec będzie wspomagał łazik Perseverance w jego badaniach Jezero Crater. Jednocześnie będą prowadzone testy śmigłowca, które pomogą zaprojektować podobne urządzenia na potrzeby przyszłych marsjańskich misji. Ingenuity odbył już 21 lotów w atmosferze Marsa.
      Jeszcze mniej niż rok temu nie wiedzieliśmy, czy na Marsie możliwy jest kontrolowany lot statku powietrznego. Teraz chcemy zaangażować Ingenuity w drugą kampanię naukową Perseverance. Taka zmiana w tak krótkim czasie jest czymś niezwykłym i na stałe zapisze się w eksploracji przestrzeni kosmicznej, powiedział Thomas Zurbuchen, współdyrektor w Dyrektoriacie Misji Naukowych NASA.
      Od czasu swojego pierwszego lotu w kwietniu ubiegłego roku Ingenuity latał w płaskim łatwym terenie. Teraz otrzyma trudniejsze zadanie. Śmigłowiec będzie prowadził zwiad w wyschniętej delcie rzeki. Wznosi się ona na 40 metrów nad dnem krateru Jezero, jest pełna głazów, klifów, pochyłych zboczy i łach piasku. Takie ukształtowanie terenu jest bardzo atrakcyjne z naukowego punktu widzenia. Na powierzchni może znajdować się wiele interesujących utworów geologicznych.
      Jednak wszystkie te przeszkody terenowe mogą zagrozić misji łazika. Dlatego też Ingenuity będzie badał teren przed nim, pozwalając obsłudze naziemnej na wybranie optymalnej drogi. Pierwszym zadaniem Ingenuity będzie określenie, który z dwóch suchych kanałów rzecznych powinien wybrać Perseverance. Śmigłowiec nie tylko będzie dokonywał zwiadu. Ma również identyfikować interesujące cele naukowe, których badaniem mógłby zająć się łazik. NASA nie wyklucza, że może wykorzystać Ingenuity do sfotografowania struktur geologicznych znajdujących się poza zasięgiem łazika lub do poszukiwania miejsca lądowania dla misji Mars Sample Return.
      W ciągu ostatnich miesięcy specjaliści z NASA wielokrotnie aktualizowali oprogramowanie śmigłowca. Zmniejszyli dzięki temu liczbę błędów nawigacyjnych, znieśli też ograniczenie limit wysokości lotu wynoszący dotychczas 15 metrów.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...