JAK ZBUDOWANE SĄ RAKIETA KOSMICZNA, SKAFANDER KOSMONAUTY ORAZ ŁAZIK MARSJAŃSKI? Michał Smardzewski 7e

Transkrypt

1 JAK ZBUDOWANE SĄ RAKIETA KOSMICZNA, SKAFANDER KOSMONAUTY ORAZ ŁAZIK MARSJAŃSKI? Michał Smardzewski 7e

2 PLAN PREZENTACJI 1. Podbój kosmosu przez człowieka 2. Rakieta kosmiczna 3. Skafander kosmiczny 4. Łazik marsjański

3 PODBÓJ KOSMOSU PRZEZ CZŁOWIEKA KOSMOS naukowcy jednoznacznie opisują go, jako przestrzeń poza obszarem ziemskiej atmosfery. Umownie przyjmuje się, że ta granica przebiega około km nad powierzchnią Ziemi. Ludzkość już od przeszło pół wieku zmaga się z eksploracją i podbojem kosmosu. Prowadzone loty kosmiczne można podzielić na dwa rodzaje: załogowe i bezzałogowe. Dzięki sondom bezzałogowym, wyposażonym w roboty badawcze (np. łaziki marsjańskie), uzyskuje się więcej informacji niż dzięki załogowym misjom kosmicznym. Dalekie wyprawy z astronautami na pokładzie uniemożliwiają bardzo wysokie koszty oraz trudności techniczne (problem związany z magazynowaniem odpowiedniej ilości wody i tlenu).

4 PODBÓJ KOSMOSU PRZEZ CZŁOWIEKA WYBRANE, WAŻNE DATY 1957 październik: ZSRR wystrzeliwuje pierwszego satelitę, Sputnik 1. 3 listopada: rosyjski pies Łajka zostaje pierwszym zwierzęciem, które poleciało w kosmos. Niestety zdycha na pokładzie Sputnika październik: Powstaje NASA (National Aeronautics and Space Administration) - amerykańska Narodowa Agencja Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej kwiecień: Gagarin zostaje pierwszym człowiekiem w kosmosie, wykonując 108- minutowy lot na pokładzie pojazdu Wostok-1

5 PODBÓJ KOSMOSU PRZEZ CZŁOWIEKA WYBRANE, WAŻNE DATY 1963 Pierwsza kobieta w kosmosie, radziecka kosmonautka Walentina Władimirowna Tierieszkowa Pierwszy Polak w kosmosie. Mirosław Hermaszewski 27 czerwca 1978 roku jako pierwszy (i jak dotąd jedyny) Polak poleciał w kosmos W ramach misji Pathfinder na powierzchni Czerwonej Planety wylądował pierwszy łazik marsjański Sojourner. Badacze mieli nadzieję, że łazik przetrwa na powierzchni Marsa przez tydzień, jednak mały robot transmitował dane i zdjęcia na Ziemię przez całe 83 dni Udane lądowanie łazika Perseverance na Marsie.

6 PODBÓJ KOSMOSU PRZEZ CZŁOWIEKA Mówiąc o podboju kosmosu przez człowieka należy zacząć od scharakteryzowania wynalazków, które to umożliwiły: rakiety kosmicznej, skafandra kosmicznego oraz łazika marsjańskiego.

7 RAKIETA KOSMICZNA

8 CO TO JEST RAKIETA KOSMICZNA? Rakieta kosmiczna to obiekt latający napędzany silnikiem rakietowym, służący do przenoszenia ładunku użytecznego, np.: aparatury badawczej. Może ona poruszać się zarówno w atmosferze ziemskiej, jak i poza nią, często osiągając prędkość wielokrotnie przekraczającą prędkość dźwięku.

9 Rakieta składa się zwykle z: kadłuba, silnika rakietowego z dyszą wylotową, zbiorników materiałów pędnych, podajnika materiałów pędnych do silnika, układu kierowania oraz głowicy z ładunkiem. Elementy konstrukcyjne rakiety są wykonywane z wysokogatunkowych stali (osłony silników) oraz lekkich materiałów o dużej wytrzymałości mechanicznej (np. stopów aluminium z litem, kompozytów). JAK ZBUDOWANA JEST RAKIETA KOSMICZNA?

10 Ze względów ekonomicznych duże rakiety dzieli się na kilka stopni (członów), z których każdy ma własny silnik i materiały pędne; napędzają one rakietę kolejno i po wykonaniu zadania odłączają się, aby zmniejszyć masę rakiety, a przez to ułatwić jej dalsze przyspieszanie do żądanej prędkości. Najczęściej są używane rakiety dwulub trzystopniowe. JAK ZBUDOWANA JEST RAKIETA KOSMICZNA?

11 Rozróżnia się rakiety na stałe, ciekłe i mieszane (rzadko stosowane) rakietowe materiały pędne. W rakiecie na ciekłe materiały pędne silnik i zbiorniki materiałów pędnych stanowią odrębne elementy. Materiały pędne są pompowane do silnika za pomocą pomp, ulegając zmieszaniu i spalaniu w komorze spalania silnika. W rakiecie na stałe materiały pędne pojemnik z materiałem pędnym stanowi jednocześnie komorę jego spalania. Zaletą rakiety na stałe paliwo jest prosta budowa, a wadą brak możności regulacji ciągu. JAK ROZRÓŻNIAMY RODZAJE RAKIET KOSMICZNYCH?

12 SKAFANDER KOSMICZNY

13 CO TO JEST SKAFANDER KOSMICZNY? Skafander kosmiczny to hermetyczny ubiór kosmonauty zapewniający funkcjonowanie organizmu oraz zdolność do pracy w rozrzedzonej atmosferze i w przestrzeni kosmicznej. Kosmiczny strój utrzymuje wokół ciała środowisko zbliżone do ziemskiego, pozwalające przeżyć poza wnętrzem statku.

14 Z JAKIEGO MATERIAŁU SĄ ZROBIONE SKAFANDRY KOSMICZNE? Materiał, z którego są zrobione moduły, składa się z wielu warstw super odpornych tworzyw m.in. nylonu powlekanego uretanem, drakonu, nylonu powlekanego neoprenem, mylaru, teflonu, kevlaru i nomexu.

15 FUNKCJE SKAFANDRA KOSMICZNEGO Skafandry kosmiczne spełniają wiele funkcji. Dzisiejsze skafandry kosmiczne są pod ciśnieniem, mają dopływ tlenu, chronią astronautę przed bombardowaniem mikrometeoroidami podczas spaceru kosmicznego oraz izolują go od ostrych zmian temperatury występujących w kosmosie.

16 BUDOWA SKAFANDRA KOSMICZNEGO Górna część ciała astronauty jest chroniona sztywną osłoną, do której jest przymocowany hełm. Na plecach astronauta ma coś w rodzaju plecaka, czyli tzw. PLSS (Primary Life Support Subsystem), zaopatrujący go w tlen, kontrolujący ciśnienie i temperaturę wewnątrz kombinezonu. Są tam też baterie zasilające urządzenia w kombinezonie. Pod PLSS znajduje się drugi, awaryjny system dostarczający tlen. Górna część kombinezonu ma wbudowany również system usuwający dwutlenek węgla i wilgoć. Z przodu kombinezonu znajdują się kontrolki informujące astronautę, czy wszystko działa sprawnie.

17 WAGA SKAFANDRA KOSMICZNEGO Cały ten sprzęt sporo waży - około 140 kilogramów. Na Ziemi to dużo, ale w stanie nieważkości w przestrzeni kosmicznej ciężar nie stanowi problemu. Próżnia otaczająca astronautę sprawia, że powietrze wewnątrz kombinezonu rozdyma go niczym balon, oddzielając poszczególne warstwy materiałów i poprawiając ich właściwości izolacyjne.

18 DZIAŁANIE SKAFANDRA KOSMICZNEGO PODCZAS STARTU I POWROTU NA ZIEMIĘ Podczas startu i powrotu na Ziemię, kosmonauci noszą kombinezon częściowo pod ciśnieniem i plecak ze spadochronem. Skafander posiada kask, rękawice i buty, które wszystkie służą jako ochrona dla astronauty. W kombinezonie znajdują się pęcherze, które automatycznie wypełniają się powietrzem przy zredukowanych ciśnieniach w kabinie. Przy niskim ciśnieniu, krew będzie zbierać się w dolnej części ciała, powodując utratę przytomności przez astronautę. Te pęcherze utrzymują ciśnienie w dolnej części ciała, aby zapobiec takiej sytuacji.

19 CO SIĘ STANIE GDY SKAFANDER KOSMICZNY ZOSTANIE USZKODZONY? Uszkodzenie skafandra w warunkach próżni niekoniecznie oznacza natychmiastową śmierć -jak to sugerują filmy science fiction. Astronauta ma pewne szanse na przeżycie, jeśli tylko zostanie szybko przetransportowany do wnętrza statku. Akcja musi być szybka, ponieważ kiedy ciśnienie spadnie poniżej 1/20 ciśnienia atmosferycznego, woda w zewnętrznych tkankach organizmu zamienia się w parę. Niszczy to tkanki i powoduje ogromne wychłodzenie organizmu (parująca woda zabiera z niego ciepło). Po około sześciu sekundach pojawiają się nieregularności w pracy serca i ostra anoksja (głód tlenowy). Następnie ciałem wstrząsają konwulsje, rozluźniają się mięśnie jelit i następuje wypróżnienie. Po kolejnych dziesięciu - piętnastu sekundach, astronauta traci przytomność. Jednak, jeśli w ciągu półtorej minuty od tego momentu zostanie uratowany, ma szanse na przeżycie.

20 ŁAZIK MARSJAŃSKI

21 CO TO JEST ŁAZIK? Łazik to rodzaj sondy kosmicznej, posiadający możliwość poruszania się po powierzchni ciała, na którym wylądował (planety lub księżyca, w planach także planetoid). Łazik, dzięki swojej mobilności, ma dużą przewagę nad tradycyjnym lądownikiem w kwestii wyboru miejsca i obiektu badań, jednak jego wysłanie jest znacznie droższe ze względu na konieczność umieszczenia systemu napędowego wewnątrz sondy, co znacznie zwiększa jej wagę.

22 Do łazików zaliczane są głównie badawcze pojazdy bezzałogowe, ale łazikiem był też nazywany załogowy Lunar Roving Vehicle, używany w misjach programu Apollo. JAKIE POJAZDY ZALICZMY DO ŁAZIKÓW?

23 Amerykański łazik Perseverance to następca łazika Curiosity, który działa na powierzchni Czerwonej Planety od 2012 roku. Pojazd bazuje na konstrukcji poprzednika, ale ma udoskonalony system jezdny i nowe ładunki naukowe do szukania potencjalnych oznak dawnego życia na planecie oraz testowania technologii dla przyszłych misji załogowych. CO TO JEST ŁAZIK MARSJAŃSKI PERSEVERANCE?

24 Łazik Perseverance bazuje na konstrukcji działającego obecnie na powierzchni Marsa łazika Curiosity. Pojazd ma około 3 m długości (nie licząc ramienia robotycznego), 2,7 m szerokości i 2,2 m wysokości. Jego całkowita masa wynosi 1070 kg. JAK ZOSTAŁ ZBUDOWANY ŁAZIK MARSJAŃSKI PERSEVERANCE? System jezdny łazika, podobnie jak w przypadku Curiosity składa się z sześciu kół, każdy zasilany własnym silnikiem. Możliwość sterowania posiadają dwa przednie i dwa tylne koła. Koła mają średnicę 52,5 cm i są wykonane z aluminium. Nogi składające się na strukturę jezdną są wykonane z tytanu.

25 JAK ZOSTAŁ ZBUDOWANY ŁAZIK MARSJAŃSKI PERSEVERANCE? Korpus pojazdu ma kształt prostopadłościanu i jego głównym zadaniem jest ochrona komputera pokładowego, elektroniki i części instrumentów naukowych. Do korpusu przymocowane jest ramię robotyczne, podobne do tego wykorzystywanego w łaziku Curiosity. Funkcjonalna końcówka ramienia jest jednak większa i ma zamontowane inne instrumenty naukowe. Z korpusu wychodzi też maszt, na którym zamontowane są kamery nawigacyjne i spektrometr do analizy chemicznej SuperCam.

26 Łazik zasilany jest radioizotopowym generatorem termoelektrycznym (MMRTG) stworzonym przez Departament Energii Stanów Zjednoczonych. Urządzenie zamienia energię cieplną pochodzącą z izotopu plutonu-238 na energię elektryczną, która ładuje dwie główne baterie łazika mocą 110 W. Część ciepła jest przekazywana do systemu kontroli termalnej odpowiedzialnej za utrzymywanie sprzętu łazika w odpowiednich temperaturach pracy. JAK ZASILANY JEST ŁAZIK MARSJAŃSKI PERSEVERANCE?

27 Komunikuje się on przez większość czasu za pośrednictwem cylindrycznej anteny niskiego zysku pasma UHF, która będzie przesyłać dane na Ziemię przez orbitery marsjańskie: MAVEN, MRO i TGO. Antena wysokiego zysku pasma X umieszczona z tyłu pokładu łazika posłuży do wysłania komend do pojazdu z Ziemi. Do sytuacji awaryjnych, przy odpowiedniej odległości od Ziemi i jej widoczności można też użyć anteny niskiego zysku pasma X. JAK KOMINIKUJE SIĘ ŁAZIK MARSJAŃSKI PERSEVERANCE?

28 Rozwój i budowa łazika Perseverance kosztowała NASA około 2,4 mld dolarów. Dodatkowo prowadzenie misji będzie kosztować w podstawowym czasie 300 milionów dolarów. ILE KOSZTOWAŁA BUDOWA ŁAZIKA MARSJAŃSKIEGO PERSEVERANCE?

29 JAK DZIAŁA SYSTEM ZBIERANIA PRÓBEK U ŁAZIKA MARSJAŃSKIEGO PERSEVERANCE? Łazik Perseverance zbiera próbki skał i ziemi z różnych miejsc swoich działań, zabezpieczone tubki pozostawia na Marsie, do zabrania przez przyszłą misję. Praca nad próbkami może zostać podzielona na trzy etapy: 1. Zebranie próbki, 2. Zabezpieczenie próbki i przechowywanie na pokładzie łazika, 3. Pozostawienie próbki na powierzchni.

30 Pod korpusem łazika znajduje się cały system przeznaczony do zebrania i przechowania próbek. Jest tam umieszczona specjalna platforma obrotowa z różnymi wiertłami oraz zestaw 43 tub. Przynajmniej 20 z nich ma być uzupełnionych. JAK DZIAŁA SYSTEM ZBIERANIA PRÓBEK U ŁAZIKA MARSJAŃSKIEGO PERSEVERANCE? Duże ramie robotyczne łazika będzie wykonywało odwierty, a materiał z odwiertów trafiał będzie do tubek operowanych przez niewielkie ramię systemu zbierania próbek. Po umieszczeniu próbki małe ramię robotyczne umieści tubkę w systemie, który ją hermetycznie zamknie i schowa pod "brzuchem" pojazdu. Próbki zostaną wypuszczone w jednym albo kilku wyznaczonych miejscach.

31 INSTRUMENTY NAUKOWE ŁAZIKA MARSJAŃSKIEGO PERSEVERANCE MASTCAM-Z - zestaw kamer, które będą stanowić "oczy" łazika. W odróżnieniu od poprzednika kamera masztowa będzie zdolna wykonywać zbliżenie optyczne. Zestaw umożliwi także wykonywanie filmów w wysokiej rozdzielczości oraz obrazów stereoskopowych i panoramicznych. MEDA (Mars Enviromental Dynamics Analyzer) - stacja pogodowa zamontowana na korpusie pojazdu i maszcie. Umożliwi pomiary kierunku i prędkości wiatru, temperatury, wilgotności, ciśnienia oraz promieniowania. W ramach zestawu zamontowano też kamerę SkyCam, która będzie patrzeć w niebo i ma zbadać jak cząsteczki zawieszone w powietrzu i aerozole wpływają na światło słoneczne docierające do powierzchni. MOXIE (Mars Oxygen ISRU Experiment) - demonstrator technologii wytwarzania tlenu z marsjańskiej atmosfery. Tlen ten możnaby w przyszłych misjach wykorzystać jako utleniacz paliwa rakietowego do misji powrotnych czy oddychania. PIXL (Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry) - spektrometr fluorescencji rentgenowskiej z rejestracją obrazu wysokiej rozdzielczości. Pozwoli na wykonanie dokładnych analiz chemicznych skał i gruntu. Może to pozwolić w ustaleniu sposobu formacji związków chemicznych na skałach i ustaleniu czy mogłyby one mieć charakter biologiczny. RIMFAX (Radar Images for Mars' Subsurface Exploration) - georadar przeznaczony do pierwszych w historii pomiarów w wysokiej rozdzielczości profilu skał pod powierzchnią planety. SHERLOC (Scanning Habitable Environments with Raman & Luminescence for Organics and Chemicals) - spektrometr ramanowski do badania minearologii skał i wykrywania związków organicznych. Urządzenie zostało dodatkowo wyposażone w kamerę WATSON do rejestrowania mikroskopowych obrazów skał i powierzchni. SuperCam - spektrometr laserowy do analizy chemicznej i mineralnej skał oraz pomiarów atmosferycznych. SuperCam to następca instrumentu ChemCam, wzbogacony o możliwości analizy minerałów i cząsteczek oraz rejestrowanie kolorowego obrazu.

32 ŹRÓDŁA

33 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ