Badania plazmy wokół ISS

Będzie ona miała również charakter na wskroś pionierski. W końcu nieczęsto się zdarza, by Polacy zapraszani byli na stację kosmiczną. Grupa dr. Józefa Juchniewicza uczestniczy właśnie w pracach na stacji orbitalnej ISS (International Space Station).

BATERIE JAK BOISKO

Międzynarodowa Stacja Kosmiczna jest największym i najbardziej kompleksowym projektem kosmicznym w historii. Jego pierwsza faza obejmowała wspólne pobyty Amerykanów i Rosjan na pokładzie rosyjskiej stacji MIR. Znacznie większa od niej, kompletna ISS waży ponad 470 tysięcy kilogramów, mierzy 108 metrów szerokości i 88 metrów długości, a dodatkowo jej baterie słoneczne zajmują prawie akr powierzchni. - To prawie tyle, co boisko piłkarskie - porównuje dr Juchniewicz.

Załogi stacji, dowodzone naprzemiennie przez kosmonautów amerykańskich i rosyjskich, były początkowo trzyosobowe. Ich członkowie pochodzili z różnych krajów. W tej chwili na pokładzie znajduje się dwóch astronautów: Rosjanin i Amerykanin, zmieniani co pół roku. Rozbudowę stacji planowano na ubiegły rok, ale zamierzenia pokrzyżowała pamiętna katastrofa promu kosmicznego. Wszystko trzeba więc było odłożyć w czasie.

- Rosjanie mają potencjalne możliwości, aby samodzielnie rozbudowywać stację, ale względy ekonomiczne sprawiają, że bez Amerykanów nie daliby rady. Po prostu ich na to nie stać - wyjaśnia koordynator polskiej części eksperymentu.

To właśnie Rosjanie z Instytutu Badań Kosmicznych Rosyjskiej Akademii Nauk zaprosili Polaków do współpracy. Dlatego też polskie urządzenia będą stały na module rosyjskim. Naukowcy z CBK pracują nad urządzeniem badającym zjawiska plazmowe w otoczeniu stacji, w tym i generowane przez nią samą. Zaburzenia wywoływane przez stację mogą przeszkadzać w funkcjonowaniu aparatury znajdującej się na zewnątrz. Poznanie natury tych zaburzeń pozwoli w dużym stopniu określić warunki panujące w otoczeniu stacji. - Będzie to niezwykle istotne dla poprawy funkcjonowania stacji. Uzyskane wyniki powiedzą nam też dużo o plazmie, której nie badamy bezpośrednio, a która znajduje się w pewnym oddaleniu od stacji orbitalnej.

Nasi naukowcy są odpowiedzialni za budowę anten elektrycznych i magnetycznych oraz układu elektronicznego do analizy mierzonych sygnałów. - Wykonujemy go w kooperacji ze Szwedami. Aparat nosi nazwę RFA (Radio Frequency Analyzer) i pracuje na częstotliwościach radiowych od 0,1 do 18 MHz. Sygnał, który odbierze antena, zostanie wzmocniony przez przedwzmacniacze i przesłany do bloku elektroniki. Tam będzie poddany obróbce cyfrowej i trafi do wewnętrznego komputera stacji, a stamtąd - na Ziemię.

Cały układ składa się z pięciu modułów. W podstawie umieszczony jest zasilacz, który z racji tego, że wydziela najwięcej ciepła musi dla zachowania równowagi cieplnej znajdować się najbliżej korpusu satelity. Z kolei na samej górze umieszczono część analogową, która zbiera sygnały przychodzące od anten. Poza tym są dwa analizatory: szwedzki, który bada dany obszar całościowo, panoramicznie i polski - punktowy, zorientowany na szczegółową obserwację. Zwierającym elementem jest komputer zarządzający. Zebrane w nim informacje przekazywane są dalej, poprzez moduł węgierski, do stacji, a stamtąd - na Ziemię.

Aby jednak dane udało się zebrać, potrzebne są anteny. - To stalowe, cieniutkie rureczki o długości jednego metra. Z nich właśnie są zbudowane dipole naszych anten elektrycznych. Wszystkie anteny, czujniki i przeważająca część elektroniki będą umieszczone na wysuniętych ramionach, na poręczach, w dwóch „bocznych” miejscach walca statku kosmicznego. Każda z anten będzie mierzyć trzy składowe pola, antena elektryczna będzie posiadała trzy dipole zrobione właśnie z tych stalowych rureczek - pokazuje dr Juchniewicz.

ŻEBY NIE PRZESZKADZAĆ

Wydaje się, że wykonanie takich anten to żaden kłopot. I tak jest w rzeczywistości. Tyle że aby one powstały trzeba opracować odpowiedni projekt. Odpowiedni do warunków panujących w przestrzeni kosmicznej, a więc temperatury od minus 70 stopni do plus 40 stopni, warunków próżni, automatyki otwarcia, uzyskania współkierunkowości składowych elektrycznych i magnetycznych anten. Muszą one być dostatecznie czułe, by wyłapywać nie tylko sygnały zakłócające, ale i emisje jonosferyczne. Wreszcie ich wymiary powinny być takie, aby kosmonauta bezproblemowo mógł wynieść je przez luk bagażowy i ustawić w określonym miejscu. A jak wiadomo, kosmonauci spacerują na zewnątrz stacji nie na nogach, co sprzyjałoby łatwemu montażowi, lecz na... rękach. - Anteny zostaną umieszczone na poręczach, po których poruszają się kosmonauci i jeśli będą zbyt długie, mogą przeszkadzać. Trzeba więc optymalnie skonstruować je na Ziemi, żeby później nie było już z nimi kłopotów.

Moją uwagę skupiają małe kulki tkwiące na końcu anteny. Okazuje się, że ich obecność tam podyktowana jest prozaicznymi względami. - Umieściliśmy je tam, żeby kosmonauta nie podarł sobie skafandra. I tyle. Trzeba dbać o takie drobiazgi, bo na błąd, szczególnie taki, nie można sobie pozwolić. Ze względów pomiarowych chcemy jednak, aby te kulki były jak najmniejsze.

Warto też pamiętać, że kosmonauta będzie miał rękawice wypełnione gazem pod ciśnieniem prawie atmosferycznym, można by rzec - bokserskie, i nadzwyczaj trudno będzie mu manipulować takimi cienkimi drutami. - To tak, jakbyśmy tą ręką w rękawicy, trzymając małą ośmiokilogramową walizkę, próbowali włożyć klucz do zamka w drzwiach. To trochę niewygodne. Trzeba mu więc te nasze subtelne anteny odpowiednio przygotować. Oczywiście, można zrobić duże, grube anteny, ale wówczas ich szumy własne w plazmie byłyby zbyt duże. Pamiętajmy, że nie ma tam idealnej próżni, jest ośrodek zjonizowany i wokół anteny tworzy się wąska otoczka z jonów, które fluktuując wywołują dodatkowe szumy - wyjaśnia koordynator polskiej części eksperymentu.

Istotną częścią pracy nad antenami jest mechanizm ich otwierania i składania. Nad tym pracuje się nawet kilka miesięcy. Chodzi o to, żeby móc zastąpić kosmonautę i by mechanizm sprężynowy na komendę łagodnie otwierał anteny.

- Zawsze w kosmosie używamy najprostszych możliwych rozwiązań, bo to nie musi zdobić - to ma działać, nie musi być ładne - ma być praktyczne. Będą więc na przykład podwójne sprężynki, z których jedna spowalnia drugą, aby łagodnie otworzyć anteny bez ich uszkodzenia. Wszystko to musi działać nadzwyczaj sprawnie. Później, gdy się skończy eksperyment, kosmonauta będzie musiał to złożyć, spakować do ciężarówki kosmicznej, aby śmiecie nie były wyrzucane w kosmos, ale wraz z nią spaliły się w atmosferze.

Wyniesienie urządzeń planowane jest na drugą połowę przyszłego roku. Prace więc są zaawansowane. Jeden komplet jest już gotowy i stoi w CBK. Będzie dalej testowany. Model anteny będzie służył także do treningu kosmonautów, który odbywa się w ogromnym basenie pod Moskwą. Zanurzony tam jest jeden z egzemplarzy modułu rosyjskiego stacji ISS. Astronauta musi oswoić się z aparaturą, z którą przyjdzie mu pracować w przestrzeni kosmicznej. Tak, by wykonując powierzone zadania wiedział, że w tym konkretnym miejscu, w otwartym kosmosie, ma określoną przeszkodę do pokonania. Wczuwa się więc w warunki kosmiczne.

Na ogół wykonuje się trzy egzemplarze urządzeń: technologiczny, lotny i zapasowy. Wszystkie muszą być pierwszorzędnej jakości, jakby były przygotowane do pracy w kosmosie. Zazwyczaj pierwszy egzemplarz (technologiczny) poddawany jest tak obciążającym testom wytrzymałościowym, że w kosmosie uległby zniszczeniu. Drugi egzemplarz (lotny) zawiera w sobie korekty wynikające z testów poprzedniego i jest już o wiele mniej „męczony” podczas testów. Dla większej pewności wykonuje się też wersję zapasową, aby w przypadku ewentualnej awarii przyrządu, tuż przed startem, dokonać tylko zmiany.

Oprócz Polski, Szwecji i Rosji w projekt zaangażowane są jeszcze cztery inne państwa. Anglicy pracują nad przyrządem, który bada rozkład elektronów w polu elektromagnetycznym, Bułgarzy mierzą potencjał satelity i gęstość plazmy, Ukraińcy wykonują aparaturę podobną do naszej, tylko działającą na niższych częstotliwościach. Z kolei Węgrzy konstruują analizator, pracujący na pośrednich częstotliwościach, oraz komputer, który zbierze dane ze wszystkich urządzeń. Czyj element będzie najważniejszy?

- Na to pytanie nie da się odpowiedzieć. Nie tylko nie wypada, ale i na dobrą sprawę nie jest to możliwe. Pierwszym ogniwem całego systemu będą anteny: nasze, ukraińskie, czujniki Anglików, Bułgarów, które zbiorą sygnały. Po ich analizie, albo u siebie, albo u kolegów, przekażemy je Węgrom, a oni dalej. Po ich otrzymaniu na Ziemi z naszych danych będziemy mogli wyciągnąć jedynie część wniosków. Dopiero wykorzystanie wszystkich informacji da maksymalny rezultat. W grupie siedmiu państw każdy może korzystać z danych innych zespołów. Nie ma mowy o jakimś egoizmie. Wszystko jest wspólne.

Dr Juchniewicz podkreśla jeszcze to, że przy tak dużym projekcie, gdy każdy zespół darzy inne zaufaniem, nie można sobie pozwolić na jakąkolwiek pomyłkę. Nikt bowiem nie poleci reperować zepsutej części. Wystarczy wyobrazić sobie, że koszt wyjścia kosmonauty na zewnątrz to około miliona dolarów.

- Gdybyśmy więc, żartując, zapomnieli o czymś i trzeba by było to dowieźć, kosztowałoby nas to właśnie tyle. Należy więc tu, na Ziemi, zadbać o to, żeby wszystko funkcjonowało idealnie.

WSZYSTKO WSPÓLNE

Poszczególne elementy mechaniczne powstają na obrabiarce sterowanej numerycznie. Najpierw trzeba jednak ją zaprogramować. A jeszcze wcześniej przygotować kompleksowy plan i te „pudełka” zapełnić elektroniką - wprawdzie nowoczesną, ale mocno skomplikowaną. Na koniec to wszystko oprogramować i przetestować, zarówno w części, jak i w całości. I to na różne sposoby. Wkrótce planowane są właśnie pierwsze testy w gronie państw uczestniczących w projekcie. Po nich nastąpią testy odbiorcze, dokonywane przez rosyjski przemysł kosmiczny. Podczas nich sprawdzona zostanie współpraca aparatury wykonanej w poszczególnych ośrodkach ze sprzętem rosyjskim. Polacy na swoim sprzęcie zbadają fale elektromagnetyczne w plazmie kosmicznej.

- W momencie przyjazdu ciężarówki Progress nastąpi złączenie statków. Jeśli mamy dwa ciała o różnym, wysokim potencjale elektrostatycznym, to pomiędzy tymi statkami tuż przed złączeniem potrafi przeskoczyć iskra. I właśnie będziemy starali się „upolować” takie wyładowanie. Czy nam się to uda? Zobaczymy. To jeden z punktów naszego programu, nie najważniejszy, ale jeśli się uda - będzie wartościowy.

To wprawdzie pierwszy kontakt Polaków z Międzynarodową Stacją Kosmiczną, ale naukowcy z CBK mają duże doświadczenie na tym polu. Grupa dr. Juchniewicza prowadziła już eksperymenty chociażby na MIR-ze, na satelicie wokółziemskim - Interball czy międzyplanetarnym - Mars-96.

- Cieszy mnie, że zostaliśmy docenieni i zaproszeni do współpracy - podkreśla z dumą kierownik małego, niespełna dziesięcioosobowego zespołu w Centrum Badań Kosmicznych.

Projekt finansowany jest z budżetu Ministerstwa Nauki, które w minionych 26 miesiącach skierowało na ten cel 142 600 złotych. Mój rozmówca z ubolewaniem jednak dodaje, że maksymalny okres trzech lat, na jaki przyznawane są środki, to dla projektu kosmicznego stanowczo za mało. Znacznie bardziej optymalny byłby termin pięciu lat. Ale nic to. Dr Juchniewicz nie załamuje rąk i przystępuje do pisania kolejnego wniosku. Nie kryguje się przy tym i jasno stwierdza, że stacji ISS nie ma nawet co porównywać z lądowaniem na Tytanie próbnika Huygens. To całkiem inna „kategoria”.

- W nauce uważa się za ważne jedynie to, co nowe, odkrywcze. Na Tytanie, jeśliby odkryć nawet coś niesłychanie małego, to i tak będzie to pierwsze, dziewicze. Nigdy wcześniej tam nikogo nie było. Z kolei nasze prace będą istotne z innego powodu, a mianowicie zastosowania w praktyce wyników tam uzyskanych. W ten sposób możemy być użyteczni dla społeczeństwa - kończy dr Józef Juchniewicz.

Najnowszy numere-wydanie

Błąd 404 - Strona o podanym adresie nie istnieje

   Wróć na stronę główną