Laboratorium w przestrzeni kosmicznej: wywiad z Bernardo Patti Understand article
Tłumaczenie Bogusław Malański i Szymon Malański. Bernardo Patti jest dyrektorem misji Columbus zarządzanej przez Europejską Agencję Kosmiczną. Bernardo jest inżynierem i pracował w elektrowni atomowej, zanim związał się technologią kosmiczną. Krótko przed startem misji Columbus…
Co to jest Columbus?
Columbus to nazwa laboratorium naukowego, które zostanie wysłane na orbitę ziemską i przycumuje do międzynarodowej stacji kosmicznej [ISS]w1. Będzie to dodatkowy moduł stacji zawierający wszystkie urządzenia potrzebne do przeprowadzania doświadczeń w przestrzeni. Moduł ten zostanie zawieziony do stacji ISS przez wahadłowiec Atlantis, który wystartuje z Centrum Lotów Kosmicznych im. Kennedy’ego na Florydzie na początku 2008 roku.
Jak wygląda takie laboratorium kosmiczne?
Ma on kształt cylindra. Jego długość to 7m a średnica 4.5m. Zaprojektowano bardzo efektywne upakowanie sprzętu.
Musieliśmy się sporo napracować, by dojść do jak najlepszego zaprojektowania wykorzystania 75 m3 przestrzeni modułu. Może on pomieścić trzech członków załogi oraz zawiera całe potrzebne podstawowe wyposażenie do przeprowadzania eksperymentów. Odrębne dziedziny badań mają zaawansowany technologicznie sprzęt umieszczony w oddzielnych pionowych szafach wyposażonych w wysuwane szuflady.
Jakie rodzaje badań naukowych będą przeprowadzane w module Columbus?
Columbus jest międzydyscyplinarnym laboratorium. Zamontowanych jest wiele różnych urządzeń pozwalających na przeprowadzenie wielu eksperymentów dotyczących płynów ciał stałych, biologii. We wszystkich tych eksperymentach bada się wpływ nieważkości na zachodzące procesy. Próbki do eksperymentów przysyłane są z Ziemi.
Za przykład niech posłuży laboratorium biologiczne. Wyposażone jest ono w sprzęt do badania mikroorganizmów, komórek, tkanek, małych roślin i małych bezkręgowców. Chcemy zbadać, jaki jest wpływ grawitacji (lub jej braku) na organizmy żywe. Chcemy zaobserwować wzrost korzeni małych roślin (np. rokietta siewna): czy będzie rosła do góry czy na dół, czy w całkiem innym kierunku, jeżeli brak siły grawitacji (tłum. w wywiadzie nie zostało zdefiniowane pojęcie góra/dół)?
W Europejskim Module Fizjologicznym Columbusa będzie badany wpływ długotrwałego lotu kosmicznego na człowieka. Wierzę, że zdobędziemy odpowiedź na tematy starzenia się, zmysłu równowagi, osteoporozy, dystrofii mięśni.
Laboratorium Badania Płynów zbada dynamikę płynów w warunkach, jakich nie można osiągnąć na Ziemi z powodu efektu grawitacji. Zbadamy między innymi zaburzenia przepływu spowodowane gradientem napięcia powierzchniowego oraz promieniowania termicznego: związek między ciepłem a transportem masy, właściwości termo fizyczne płynów, mechanizm wrzenia oraz zjawisko punktu krytycznego.
Laboratorium Nauki o Materiałach przeprowadzi doświadczenia nad poprawą jakości materiałów i ich właściwości. Będziemy topić metale, a następnie studzić aż do skrzepnięcia w obecności różnego składu atmosferycznego oraz innych warunków.
Czy nie jest zbyt dużym wysiłkiem przesyłanie materiałów pochodzenia ziemskiego “na orbitę” w celu badań?
Stanowczo należy stwierdzić, że wymaga to wiele wysiłku, jednak warto go ponieść. Badań, które przeprowadzamy nie da się wykonać w warunkach ziemskich z powodu wszechobecnej grawitacji na powierzchni naszej planety. Brzmi to paradoksalnie, ale łatwiej jest poznać i zrozumieć właściwości ziemskich materiałów, badając je w pozaziemskiej przestrzeni. Grawitacja uniemożliwia przeprowadzenie wielu doświadczeń zwłaszcza, jeżeli chcemy badać niewielkie efekty.
Jakie są szczególne wyzwania misji typu Columbus?
Szczególnym wyzwaniem była konstrukcja laboratorium, która na Ziemi miałoby masę co najmniej 50 ton i średnicę nieco ponad 4 metry. Należało zrobić coś lżejszego, co mogłoby być posłane na orbitę. Columbus ma masę 12 ton i to jest maksimum, co Atlantis może unieść na orbitę.
Columbus zapewnia warunki wysokiego komfortu fizycznego dla członków załogi. Oprócz tego zapewniony jest dostęp do wszelkiej aparatury naukowej, mimo ograniczonej objętości modułu. Przewidywany czas pracy na orbicie to 10 lat. Klasyczny statek morski w razie potrzeby musi być umieszczony w suchym doku i dopiero tam dopiero jest reperowany. Columbus potrafi automatycznie wykrywać własne uszkodzenia, a nawet rozpocząć ich naprawę, bez przerwy w działaniu.
Co osobiście uważasz za najbardziej ekscytujące w programie Columbus?
Jako inżynier najbardziej podziwiam projekt i wyzwanie technologiczne, jakiego dotyczyła budowa. Przestrzeń kosmiczna i nieważkość również wymagają pokonania licznych barier innych od tych tradycyjnych spotykanych na Ziemi. Uważam ten projekt za wielki krok w badaniu kosmosu.
To, co bardzo odpowiadało mi w codziennej pracy nad projektem to międzynarodowość uczestników. Międzynarodowa Stacja Kosmiczna jest wspólnym projektem pięciu różnych agencji do badań kosmicznych. Oprócz Europejskiej Agencji Przestrzeni Kosmicznej (ESA), która sama w sobie zrzesza 17 członków Unii Europejskiej, udział biorą: NASA –USA, agencje badania przestrzeni kosmicznej z Kanady, Rosji i Japonii.
Codziennie miałem kontakty z ludźmi z tych krajów; w komunikowaniu się używałem różnych języków. To było zachwycające widzieć tak wiele wysiłku wkładanego przez różne nacje do realizacji wspólnego projektu.
Ciekawość naukowa przekracza granice między narodami oraz historyczne uprzedzenia. Nauka dostarcza środków niwelujących przeszkody geograficzne, uprzedzenia i Czy
nauczyciele i uczniowie mogą odnieść, jakie korzyści z programu Columbus?
Obecnie jesteśmy skoncentrowani nad bezpiecznym dokowaniu Columbusa do stacji ISS i pierwszy okres działalności będzie poświęcony ustawianiu przeprowadzaniu doświadczeń. W przyszłości jednak będziemy nadawali lekcje z pokładu Columbus, tak, jak to było już robione z pokładu ISS (patrz sekcja Źródła informacji).
Już w czasie druku artykułu Columbus przycumował do stacji ISS
Atlantis bezpiecznie wrócił na Ziemię z siedmioma członkami załogi 20 lutego bieżącego roku. Misja trwała 13 dni, w tym przez 9 dni Atlantis był zadokowany do stacji ISS instalując pierwszą stałą placówkę europejską na orbicie. Dwóch astronautów ESA; Hans Schlegel z Niemiec i Léopold Eyharts z Francji polecieli na ISS. Schlegel powrócił na Ziemię. Eyharts został członkiem załogi ISS i powróci na Ziemię w końcu marca po przeprowadzeniu serii doświadczeń; zarówno w laboratorium, jak i w otwartej przestrzeni (co już umożliwia dotychczasowe wyposażenie stacji ISS).
ESA będzie kontynuować współpracę z ISS. Zostaną wysłane bezzałogowe automatyczne pojazdy transportowe (Automated Transfer Vehicles-ATVs), których zadaniem jest dostarczanie wyposażenia naukowego do przeprowadzania różnych eksperymentów, paliwa i innych płynów (również żywności i ubrań). Pierwszy ATV, Jules Verne, zostanie wyniesiony przez 5 rakiet Ariane 8 Marca.w2
W momencie, gdy Columbus rozpocznie pracę zostanie uruchomiona sieć dziewięciu Centrów Zarządzania i Wsparcia (User Support and Operations Centres – USOCs) umieszczonych w całej Europie. Centra te zapewniają połączenia między naukowcami, a aparaturą na pokładzie, pozwalając eksperymentatorom na sterowanie doświadczeniami oraz otrzymywanie wyników w czasie rzeczywistym. W przyszłości, gdy więcej aparatury zostanie dostarczonych do modułu, sieć USOC zwiększy swoją aktywność.
Columbus został zaprojektowany z myślą przeprowadzenia 500 eksperymentów w czasie 10 lat. Eksperymenty dotyczą dziedzin: biologia komórki i roślin, astrobiologia, fizjologia człowieka, nauka o płynach i materiałach, podstawowe prawa fizyki, astronomia, zdalne zbieranie informacji technologicznych. Dla społeczności europejskiej rozpoczęła się nowa era R&D (tłum. Badań i Rozwoju)
Web References
- w1 – Artykuł dotyczący Międzynarodowej Stacji Kosmicznej ukaże się w jednym z następnych wydań Science in School. Proszę odwiedzać stronę www.scienceinschool.org
- w2 – Więcej informacji na temat ATV znajdziesz w artykule zamieszczonym w bieżącym wydaniu:
- Williams A (2008) Zautomatyzowany statek transportowy – wspieranie Europy w kosmosie. Science in School 8. www.scienceinschool.org/2008/issue8/atv/polish
Resources
- ESA opracowała wiele materiałów edukacyjnych mających związek z ISS:
- Dostępny jest zestaw edukacyjny ISS zarówno dla szkół podstawowych i średnich w 12 językach uczestników ESA. Zestaw zawiera ciekawe propozycje dotyczące pracy i życia na pokładzie ISS. Dostarcza on również informacji pomagających w przeprowadzeniu doświadczeń w sali szkolnej. Zestawy te dostępne są dla wszystkich nauczycieli krajów uczestniczących w programie ESA (tłum. Polska niestety chyba nie jest członkiem Europejskiej Agencji Kosmicznej, ale warto to sprawdzić) i można je zamówić bezpłatnie pod adresem: www.esa.int/spaceflight/education
- Interaktywna wersja zestawu ISS dostępna jest pod adresem: www.esa.int/spaceflight/education
- Wydano również serię płyt DVD o ISS z lekcjami pokrywających zakres wymagań w szkołach europejskich. Jedno z DVD dotyczące ATV zostanie wydana latem 2008 roku. Płyta ta może być zamówiona bezpłatnie przez nauczycieli pod adresem: www.esa.int/spaceflight/education
- ESA również opracowuje szereg lekcji typu “on-line” dla szkół podstawowych oraz średnich; patrz: www.esa.int/SPECIALS/Lessons_online
- Więcej materiałów edukacyjnych można znaleźć na stronach:
- Edukacja Europejskiej Agencji Przestrzeni Kosmicznej: www.esa.int/esaED/
- Europejska Agencja Przestrzeni Kosmicznej –Sekcja Nauki o Lotach Załogowych: www.esa.int/esaHS/education.html
Institutions
Review
Artykuł ten może stanowić wspaniały wstęp do dyskusji na tematy grawitacji, mikrograwitacji, jak grawitacja na powierzchni Ziemi oddziałuje na przemiany chemiczne, zjawiska fizyczne. Dalej; jak można uzyskać środowisko prawie pozbawione grawitacji na stacji krążącej wokół Ziemi. Od razu przychodzi do głowy stwierdzenie Einsteina o nierozróżnialności efektu przyspieszenia spowodowanego siłami grawitacji lub zmianą ruchu. Zmiany wywołane powrotem do warunków ziemskich mogą wymagać dla ich wytłumaczenia zaangażowania wielu nauk interdyscyplinarnych.
Marco Nicolini, Włochy