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
Łaziki pracujące na Marsie czy Księżycu, mierzą się z wieloma problemami. Jednym z nich jest ryzyko utknięcia w grząskim gruncie. Gdy tak się stanie operatorzy podejmują serię delikatnych manewrów, by pojazd wydobyć. Nie zawsze się to udaje. Łazik Spirit zakończył misję jako stacjonarna platforma badawcza po tym, jak utknął w luźnym piasku. Czy takim wydarzeniom da się zapobiec? Inżynierowie z University of Wisconsin-Madison informują o znalezieniu poważnego błędu w procedurach testowania łazików. Jego usunięcie może spowodować, że pojazdy na Marsie i Księżycu będą narażone na mniejsze ryzyko.
Błąd ten polega na przyjęciu zbyt optymistycznych i uproszczonych założeń co do tego, jak łaziki zachowują się poza Ziemią. Ważnym elementem testów naziemnych takich pojazdów jest sprawdzenie, w jaki sposób mogą się one poruszać po luźnym podłożu. Na Księżycu grawitacja jest 6-krotnie mniejsza niż na Ziemi, więc przez dekady, testując łaziki, naukowcy tworzyli prototypy o masie sześciokrotnie mniejszej niż łazik docelowy i testowali je na pustyni. Jednak ta metoda pomijała pewien istotny szczegół – wpływ grawitacji na piasek.
Profesor Dan Negrut i jego zespół przeprowadzili symulacje, które wykazały, że Ziemia przyciąga ziarenka piasku silniej niż Mars czy Księżyc. Dzięki temu piasek na Ziemi jest bardziej zwarty. Jest mniejsze prawdopodobieństwo, że ziarna będą się pod nimi przesuwały. Jednak na Księżycu piasek jest luźniejszy, łatwiej się przemieszcza, więc obracające się koła trafiają na mniejszy opór. Przez to pojazdowi trudniej się w nim poruszać.
Jeśli chcemy sprawdzić, jak łazik będzie sobie radził na Księżycu, musimy rozważać nie tylko wpływ grawitacji na pojazd, ale również wpływ grawitacji na piasek. Nasze badania pokazują, jak ważne są symulacje do badania możliwości jezdnych łazika na luźnym podłożu, wyjaśnia uczony.
Uczeni dokonali swojego odkrycia podczas prac związanych z misją łazika VIPER, który ma trafić na Księżyc. We współpracy z naukowcami z Włoch stworzyli silnik Chrono, służący do symulacji zjawisk fizycznych, który pozwala na szybkie modelowanie złożonych systemów mechanicznych. I zauważyli istotne różnice pomiędzy wynikami testów VIPERA na Ziemi, a wynikami symulacji. Po przeanalizowaniu problemu znaleźli wspomniany błąd w procedurach testowych.
Chrono to produkt opensource'owy, z którego skorzystały już setki firm i organizacji. Pozwala on lepiej zrozumieć najróżniejsze złożone mechanizmy, od mechanicznych zegarków po czołgi jeżdżące poza utwardzonymi drogami.
Źródło: A Study Demonstrating That Using Gravitational Offset to Prepare Extraterrestrial Mobility Missions Is Misleading
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Z załogową misją na Marsa wiążą się nie tylko duże koszty i problemy techniczne. Jedne i drugie można w końcu przezwyciężyć. Znacznie trudniejsze do pokonania będą ograniczenia ludzkiego organizmu. Wyewoluowaliśmy na Ziemi i jesteśmy przyzwyczajeni do ziemskiej grawitacji oraz zapewnianej przez atmosferę ochrony przed promieniowaniem kosmicznym. Niejednokrotnie informowaliśmy o problemach zdrowotnych astronautów. Pobyt w kosmosie może uszkadzać mózg, nerki, prowadzić do anemii. Od lat pojawiają się też doniesienia o negatywnym wpływie na wzrok.
Oftalmolog Santiago Costantino z Uniwersytetu w Montrealu poinformował, że co najmniej 70% osób, które przebywały na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej cierpi na związany z lotem w kosmos zespół neurookulistyczny (SANS, spaceflight-associated neuro-ocular syndrome). Uczony wraz z zespołem chcieli przyjrzeć się zmianom biomechanicznym, które prowadzą do pojawienia się SANS. W tym celu przeanalizowali dane dotyczące 13 astronautów, którzy przebywali na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej od 157 do 186 dni. Średnia wieku astronautów wynosiła 48 lat. Pochodzili oni z różnych krajów, ośmioro z nich w chwili badań miało za sobą jedną misję, były wśród nich 4 kobiety.
Naukowcy porównali trzy parametry, które mierzyli przed i po misji: sztywność gałki ocznej, ciśnienie wewnątrzgałkowe oraz amplitudę pulsu oka. Pierwszy z parametrów badano za pomocą koherencyjnej tomografii optycznej, dwa pozostałe – metodą tonometrii.
Naukowcy zauważyli, że w czasie misji doszło do znaczących zmian właściwości biomechanicznych gałek ocznych. Ich sztywność zmniejszyła się o 33%, ciśnienie węwnątrzgałkowe spadło o 11%, a amplituda pulsu był niższa o 25%. Tym zmianom fizycznym towarzyszyły objawy takie jak zmniejszenie rozmiarów gałki ocznej, zmiana obszaru, w którym oko widzi ostry obraz oraz – w części przypadków – obrzęk nerwu wzrokowego oraz fałdowanie siatkówki. Okazało się też, że u pięciu astronautów naczyniówka ma grubość większą niż 400 mikrometrów i nie było to skorelowane z wiekiem, płcią ani wcześniejszym pobytem w przestrzeni kosmicznej. "Brak powszechnego ciążenia zmienia dystrybucję krwi w organizmie, zwiększając przepływ krwi w głowie i spowalniając krążenie żylne w oczach. Prawdopodobnie dlatego dochodzi do zwiększenia grubości naczyniówki, gęstej sieci naczyń krwionośnych, odpowiedzialnej za odżywianie siatkówki.
Zdaniem naukowców powiększenie się naczyniówki w wyniku braku grawitacji może rozciągać włókna kolagenowe w twardówce, prowadząc do długotrwałych zmian właściwości mechanicznych gałki ocznej. Badacze sądzą też, że pulsowanie krwi w warunkach mikrograwitacji może prowadzić do pojawienia się zjawiska uderzeń hydraulicznych, w wyniku których nagłe zmiany ciśnienia przepływu krwi wywołują w oku wstrząsy mechaniczne prowadzące do znacznego przemodelowania tkanek oka.
Autorzy badań uważają, że zmiany te nie powinny stanowić problemu w przypadku misji trwających 6 do 12 miesięcy. Po powrocie na Ziemię oczy astronautów powróciły do normy, a problemy ze wzrokiem można było korygować za pomocą okularów. Problemem mogą być jednak dłuższe misje, takie jak załogowa wyprawa na Marsa, która może trwać nawet ponad 30 miesięcy. Obecnie nie znamy ani skutków tak długotrwałego pobytu w warunkach mikrograwitacji, ani nie potrafimy im zapobiegać.
Zaobserwowane przez nas zmiany właściwości mechanicznych oka mogą być biomarkerami SANS. Pomoże to zidentyfikować tych astronautów, którzy są szczególnie narażeni na ryzyko, zanim jeszcze pojawią się u nich problemy spowodowane długotrwałym pobytem w przestrzeni kosmicznej, mówi Costantino.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Załogowa podróż na Marsa nie będzie łatwym i szybkich przedsięwzięciem. Tymczasem, chociażby z powodu negatywnego wpływu na zdrowie stanu nieważkości i promieniowania kosmicznego, powinna zająć ona jak najmniej czasu. Dlatego też w należącym do NASA Langley Research Center w Virginii trwają prace nad napędem, dzięki któremu astronauci powinni dolecieć na Czerwoną Planetę i wrócić na Ziemię w ciągu około 2 lat.
Tamtejsi inżynierowe pracują nad jądrowym napędem elektrycznym. Ma on wykorzystywać reaktor atomowy do wytwarzania energii elektrycznej, która będzie jonizowała wydobywające się z dysz paliwo zapewniając ciąg pojazdowi kosmicznemu.
W ramach projektu Modular Assembled Radiators for Nuclear Electric Propulsion Vehicles (MARVL) powstaje jeden z najważniejszych elementów napędu, jego system rozprowadzania ciepła. Inżynierowie NASA chcą, by miał on budowę modułową i by można było go złożyć w przestrzeni kosmicznej za pomocą autonomicznych robotów. W ten sposób unikniemy konieczności umieszczenia wszystkiego w rakiecie nośnej, co da nam nieco większą elastyczność i pozwoli na zoptymalizowanie całego projektu, mówi Amanda Stark, odpowiedzialna za MARVL.
Takie rozwiązanie jest bardzo pożądane. Cały układ rozprowadzania ciepła może mieć, po pełnym rozłożeniu, wymiary boiska do futbolu amerykańskiego (ok. 5400 m2). Można więc sobie wyobrazić, z jakimi trudnościami wiąże się umieszczenie takich instalacji w rakiecie startującej z Ziemi. Zespół Strak chce, by poszczególne elementy wcześniej wysłać w przestrzeń kosmiczną. Tam roboty złożyłyby instalację, w której będzie krążyła substancja chłodząca, na przykład stop sodu i potasu.
Trzeba zauważyć, że taka technologia wpłynęłaby też na architekturę samego pojazdu, do którego instalacja będzie montowana. Istniejące dotychczas pojazdy kosmiczne nie były projektowane z myślą o składaniu czegokolwiek w kosmosie. Mamy tutaj więc okazję, by zastanowić się, jak taki pojazd powinien być zbudowany, jak należy go przygotować, jak będzie wyglądał.
Projekt MARVL jest rozwijany w ramach programu Early Career Initiative. Biorące w nim udział zespoły mają dwa lata na opracowanie szczegółów swojego pomysłu. Stark i jej zespół współpracują z firmą Boyd Lancaster, która specjalizuje się w przemysłowych systemach chłodzenia. Do pomocy mają też specjalistów od układów rozpraszania ciepła oraz ekspertów specjalizujących się w przepływie cieczy z NASA. Po dwóch latach prac NASA oczekuje, że twórcy MARVL przystąpią do budowy niewielkiego działającego na Ziemi prototypu. Jeśli projekt się powiedzie, podobne rozwiązania mogą zostać zastosowane podczas innych misji, nie tylko załogowych.
« powrót do artykułu -
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
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.