Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics) Číslo 6 – vyšlo 7. února, ročník 6 (2008) © Copyright Aldebaran Group for Astrophysics Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno. ISSN: 1214-1674, Email: bulletin@aldebaran.cz

6/2008

Mezinárodní vesmírná stanice včera dnes a zítra II

Martin Batelka

Z Mezinárodní vesmírné stanice se stává ojedinělý komplex laboratoří a výzkumných stanovišť s více než 4-krát větším prostorem a 60-krát vyšším zdrojem elektrické energie pro experimenty, než měla vesmírná stanice MirMir – první sovětsko-ruská, trvale obydlená, orbitální stanice. Skládala se z modulů Mir, Kvant (2), Kristal, Spektr, Priroda a DM. Stanice pracovala v letech 1986 až 2001, kdy byla řízeně navedena do atmosféry a zbytky dopadly do Tichého oceánu.. Výzkumné procesy by měly probíhat uvnitř i vně pěti modulů (DestinyDestiny (ISS) – americký laboratorní modul připojený k Mezinárodní vesmírné stanici v roce 2001., ColumbusColumbus (ISS) – evropský laboratorní modul připojený k Mezinárodní vesmírné stanici v roce 2008., KibōKibo (ISS) – japonský laboratorní modul připojený k Mezinárodní kosmické stanici v roce 2008., ELCELC (ISS) – Express Logistic Carrier, brazilsko-americký modul, který bude připojen k Mezinárodní kosmické stanici v roce 2009. Jde o soubor podpůrných plošin a zdrojů energie pro experimenty prováděné za vnějšího tlaku. a MLMMLM (ISS) – Multipurpose Laboratory Module, Mnogocelevoj laboratornyj modul, Víceúčelový laboratorní modul. Ruský laboratorní modul, který by měl být připojen k Mezinárodní kosmické stanici koncem roku 2008. Vynese ho ruská nosná raketa Proton.) a měly by se převážně orientovat na biologii, fyziku, astronomii a meteorologii. ISS bude také sloužit jako důležitý prvek v přípravě člověka pro dobývání kosmu.

Laboratoře na ISS

Destiny je první laboratorní modul, který byl umístěn na ISS již roku 2001. Jde o americký modul válcového tvaru s délkou 8,5 metru a průměrem 4,3 metru. V modulu je 23 skříňových pozic pro experimenty. Skříně pro experimenty byly, vzhledem k velké hmotnosti (540 kg jedna), dopravovány do modulu postupně při několika misích. Zajímavostí modulu je mraznička na vzorky, uvnitř které je teplota –80 °C. Celková hmotnost modulu je 14 500 kg.

Columbus je evropský laboratorní modul, který by měl být k ISS připojen při nejbližším startu raketoplánu ATLANTIS, snad již v únoru 2008 (viz AB 5). Má tvar válce s délkou 7 metrů a průměrem 4,5 metru. Celková hmotnost modulu i s experimenty dosáhne 19 800 kg. V modulu je pět velkých skříňových pozic pro experimenty, několik menších a samozřejmě je možné umístit experimenty vně modulu. Na obrázku je modul právě transportován z Evropy do USA. Foto: Oliver Amend, 27. 3. 2006.

Kibo je japonský laboratorní modul, který by měl být dopraven k Mezinárodní vesmírné stanici ve dvou částech – v průběhu letů raketoplánů Endeavour (březen 2008) a Discovery (duben 2008). Modul je poměrně rozsáhlý, délku má 11,2 metru, průměr základního válce 4,4 metru. Kolmo na základní válec laboratoře je menší válec s náhradními díly a experimenty. Oba válce budou naplněny vzduchem. Napravo je patrná externí plošina, na kterou budou experimenty umísťovány pomocí manipulačního ramene (na obrázku nad plošinou).

ELC (Express Logistic Carrier) je brazilsko-americký modul, který bude připojen k Mezinárodní kosmické stanici v roce 2009. Jde o soubor podpůrných prvků pro experimenty a jejich energetické zdroje v otevřeném prostoru. MLM (Multipurpose Laboratory Module) je ruský víceúčelový laboratorní modul, který by měl být připojen k Mezinárodní kosmické stanici koncem roku 2008. Vynese ho ruská nosná raketa Proton. Před ním je vidět evropské robotické rameno ERA.

Ukázky výzkumu na ISS

Výzkum na Mezinárodní kosmické stanici lze přibližně rozdělit do těchto kategorií: Vliv pobytu na člověka a jeho příprava pro vesmírný průzkum. Fyzikální a biologický výzkum v podmínkách mikrogravitaceMikrogravitace – prostředí s velmi nízkou gravitací na oběžné dráze.. Vývoj nových technologií. Pozorování Země a výukové aktivity.

Na ISS probíhají stovky různých projektů zkoumajících výše uvedené oblasti, a proto vybereme jen některé zajímavé případy:

Studie proteinových krystalů

Roztok proteinů je umístěn do soustavy kapilár, kde difunduje podél kapilár a dochází k rychlé krystalizaci. Vzniklé krystaly se zobrazují digitálně pomocí holografické metodyHolografie – forma záznamu obrazu, která umožňuje zachytit jeho trojrozměrnou strukturu na dvourozměrný obrazový nosič neboli hologram (fotografická deska, binární záznam) a jeho opětovnou rekonstrukci. Na hologram se zaznamenává jak intenzita, tak fáze světla. Holografii objevil Dennis Gabor v roce 1948, kvalitní hologramy byly ale pořízeny až po objevu laseru. V elektronovém mikroskopu lze pořídit elektronový hologram, v němž je zaznamenáno jak množství elektronů prošlých vzorkem, tak fáze jejich hmotové vlny. Fáze elektronových vln je citlivá na magnetické pole, proto je možné z elektronového hologramu určit průběh magnetických siločar ve vzorku.. Ta umožňuje automatické snímání i automatické počítačové doostřování. V kosmu mohou proteinové krystaly „vyrůst“ více než na zemi. Analýza těchto krystalů napomáhá vědcům lépe pochopit podstatu proteinů, enzymů a virů. Podobné experimenty se prováděly i v raketoplánech, avšak byly limitovány krátkou dobou letu. Výzkumy tohoto druhu pomáhají nacházet léčebné postupy pro rakovinu, cukrovku, rozedmu plic nebo poruchy imunitního systému.

Růst proteinových krystalů v soustavě kapilár.

Studie krystalů plazmatu (PK-3 Plus)

Plazmové krystaly jsou novým druhem látky objeveným v roce 1994. Formují se za striktně stanovených podmínek v prachovém plazmatu, zpravidla v přítomnosti vysokofrekvenčního elektrického pole. Zde se elektricky nabité prachové částice uspořádávají do makroskopické krystalické mřížky. Tato struktura umožňuje zkoumat vlastnosti kondenzovaných forem hmoty na kinetické úrovni – při základních procesech, jako je například tavení, mohou být sledovány pohyby jednotlivých částic. Na zemi je možné vytvořit jen dvojrozměrné krystaly. V prostředí mikrogravitace lze připravit i velké třírozměrné krystaly a zkoumat vlastnosti těchto výjimečných forem plazmatu, které mohly hrát důležitou roli při samotném vzniku sluneční soustavy. Experiment je již druhou generací pokusů. Jeho předchůdcem byl experiment PKE-Nefedov. V Max Planck Institutu již připravují další experiment PK-4, který bude umístěn na Mezinárodní vesmírné stanici v roce 2010. Prohlédněte si logo experimentu, na jehož pozadí nejsou hvězdy, ale laserem nasvícený plazmový krystal.

Pěstování rostlin v kosmu (EPO-Kit C)

Výukový experiment studentů K-12 (označení pro studenty základních a středních škol užívané jak v USA, tak v Austrálii) je zaměřen na pěstování rostlin ze semen bazalky na oběžné dráze. Růstové komory připravily studenti na Zemi. Celé vegetační období rostlin bude neustále monitorováno a výsledný záznam se porovná s růstem rostlin na Zemi. Získané nahrávky se budou používat jako výukový materiál.

Částicový detektor AMS-02 (Alpha Magnetic Spectrometer)

Na jednom rameni ISS, v blízkosti solárních panelů, bude umístěn částicový detektor AMS-02, který nahradí starší detektor AMS-01 z roku 1998. Jedná se o elektromagnetický kalorimetr (detekuje fotony a elektrony na stejném principu jako detektory na velkých urychlovačích), Čerenkovův detektorČerenkovův detektor – detektor částic využívající kužele Čerenkovova záření za nabitou částicí pohybující se v daném prostředí nadsvětelnou rychlostí. Bývá součástí detektorů na velkých urychlovačích. Často se využívá k detekci elektronů nebo mionů v podzemních nádržích naplněných vodou. Stěny nádrží jsou pokryty fotonásobiči detekujícími světelný kužel. Jinou variantou jsou aerogelové Čerenkovovy detektory umísťované na sondách. Dalším typem detektoru je speciální pozemský dalekohled, který sleduje Čerenkovovo záření vznikající v atmosféře ze sekundárních spršek kosmického záření. a supravodivý magnet. Hmotnost celého zařízení je 6 700 kg. Primárním úkolem přístroje je hledat lehká jádra antihmoty v kosmickém záření a částice temné hmoty. Start raketoplánu s detektorem byl mnohokrát oddálen, přestože jeho vývoj, na němž se podílelo 16 zemí světa a desítky předních univerzit, stál více než miliardu dolarů. Většinu prostředků uhradilo Ministerstvo energetiky Spojených států. Je zřejmé, že na ISS mají komerční experimenty či turistika soukromých osob přednost před experimenty fundamentálními.

Poloha detektoru AMS na ISS.

Většina experimentů je zaměřena na výzkum vlivu slabé gravitace nebo extrémně nízkých teplot na fyzikální, biologické a technologické procesy. Mnoho výzkumů probíhajících na ISS je orientováno na sledování života člověka mimo podmínky, na které je tělo zvyklé, zejména jde o vliv prostředí na metabolismus, svalstvo, kardiovaskulární systém, ale i na lidskou psychiku. Jak již bylo řečeno, ISS se má stát dalším krokem v hledání způsobu osidlování kosmu a prozkoumávání vzdálenějších destinací. Proto se dá očekávat, že poznatky o životě ve ztížených podmínkách mimo naši planetu, se budou využívat k zlepšení podmínek a rozvoji života na planetě samotné. S výsledky tohoto výzkumu se setkáváme denně, aniž si to uvědomujeme. Do této oblasti se řadí čištění vody, recyklace, ale patří sem i sportovní vybavení, konstrukční materiály, robotika a samozřejmě lékařství.

Možnost zapojení pozemšťanů

Mezinárodní vesmírná stanice slouží také jako orbitální učebna pro studenty z celého světa, kteří mohou podávat návrhy na experimenty a „spolupracovat“ s posádkou. Mezi takovéto projekty patří například již zmíněné pěstování rostlin, Winogradský experiment porovnávající růst bakterií v beztížném stavu a na Zemi, nebo připravovaný projekt japonského sdružení JOAA (Japan Origami Airplane Association), podle kterého by na ISS měl být dopraven malý model ve tvaru vesmírného raketoplánu z teplotně odolného materiálu. Ten kosmonauti vypustí jako papírovou vlaštovku z ISS do zemské atmosféry a ponechají ho volně klouzat. Asociace již má model připravený a dokonce ho i testovala ve vzduchovém tunelu, kde byl vystaven až rychlosti Mach 7 (8 600 km/h). Podobných projektů je mnoho, ale jen málokterý je skutečně realizován a také se není čemu divit. Většina agentur si velmi dobře rozmyslí, čemu věnuje svůj čas a peníze, když pouhý kilogram vynesený do kosmu přijde na 40 000 USD.

Přínosy kosmických agentur

NASANASA – National Aeronautics and Space Administration, americký Národní úřad pro letectví a kosmonautiku, byl založen prezidentem Eisenhowerem 29. července 1958. Jde o instituci zodpovědnou za kosmický program USA a dlouhodobý civilní i vojenský výzkum vesmíru. K nejznámějším projektům patří mise Apollo, která v roce 1969 vyvrcholila přistáním člověka na Měsíci, mise Pioneer, Voyager, Mars Global Surveyor a dlouhá řada dalších.
Přeprava posádek a zajišťování zásobování Kontrola prostředí a podpora životních funkcí Zařízení pečující o zdraví posádek Udržování funkčnosti setrvačníků pro kontrolu výšky Kontrolní, navigační a řídící centrum letu Spojování segmentů Solární panely a termální chladiče Ubytovny kosmonautů Přechodové komory pro výstupy do vesmíru
RoskosmosRoskosmos – ruská kosmická agentura, dříve Ruská letecká a vesmírná agentura je vládní agentura zodpovědná za ruský vesmírný program a letecký výzkum. Ruská kosmická agentura byla založena v Sovětském svazu v druhé polovině padesátých let. Vyvinula první balistickou raketu, umělou družici Země, vyslala prvního kosmonauta na oběžnou dráhu, provedla první průzkum Měsíce, Venuše a Marsu.
Přeprava posádek (Sojuz) Zajištění zásobování (Progress) Kontrola prostředí a podpora životních funkcí Ruské chladící a ohřívací systémy Pohonné jednotky pro udržování polohy Kontrolní, navigační a řídící centrum letu Ubytovny kosmonautů Přechodové komory pro výstupy do vesmíru
ESAESA – European Space Agency, Evropská kosmická agentura. ESA spojuje úsilí 18 evropských zemí na poli kosmického výzkumu. Centrální sídlo je v Paříži, pobočky jsou v mnoha členských zemích. ESA byla založena v roce 1964 jako přímý následovník organizací ESRO a ELDO. Nejznámější nosnou raketou využívanou ESA je Ariane. Česká republika vstoupila do ESA v listopadu 2008.
Automatické přepravníky Robotické rameno Laboratoř Columbus
JAXAJAXA – Japan Aerospace eXploration Agency, japonská kosmická agentura, která vznikla v roce 2003 sloučením tří institucí: ISAS (Institute of Space and Astronautical Science), NAL (the National Aerospace Laboratory of Japan)a NASDA (National Space Development Agency of Japan). Ke svým letům agentura využívá kosmodrom USC (Uchinoura Space Center). V současnosti používá JAXA nosnou raketu H-IIA. JAXA využívá Tanegašimské kosmické středisko (na ostrově Tanegašima, 115 km jižně od ostrova Kjúšú).
Doprava nových dílů a odvoz odpadu (nosná raketa H-IIB) Laboratorní modul Kibo Japonský robotický systém

Ruská část Mezinárodní kosmické stanice

Konec

Klip týdne: ISS – postup sestavování

ISS – postup sestavování. Postup při sestavování ISS. Celá stavba má být vytvořena z 16-ti válcových modulů a dalších součástí (celkem více než 100). Všechny části budou vyneseny na oběžnou dráhu více něž 40-ti vesmírnými lety. Po dokončení by měla být Mezinárodní kosmická stanice využívána k přípravám posádek na dlouhodobé lety a k technologickým experimentům za stavu beztíže. Jako zásobovací lodě slouží ruské rakety Progres a dopravu stavebních dílů zajišťují  americké raketoplány a ruské lodi Proton. (mpg, 2 MB)

Odkazy