Ekologiczne rakiety podbiją kosmos?

Ostatnia aktualizacja: 03.06.2011 12:07

Start rakiety kosmicznej to lokalna katastrofa ekologiczna. Spaliny powodują raka. Naukowcy orzekli, że czas to zmienić.

Foto: źr. Wikipedia/NASA/Bill Ingalls

Właściwie zsyntetyzowane ciecze jonowe w połączeniu z nadtlenkiem wodoru stanowią ekologiczną alternatywę dla dziś stosowanego, silnie toksycznego i niebezpiecznego paliwa rakietowego.

O nowym rozwiązaniu w technologiach kosmicznych informuje "Angewandte Chemie International Edition".

Start rakiety to katastrofa ekologiczna

Mało kto o tym wie, ale, z punktu widzenia środowiska, start rakiety kosmicznej stanowi lokalną, chwilową katastrofę ekologiczną. Silniki rakietowe nie są napędzane "zwykłym" paliwem podobnym do tego, jakie używa się w lotnictwie czy motoryzacji. Ruch rakiety wywoływany jest gwałtownie zachodzącą reakcją chemiczną pomiędzy paliwem - hydrazyną, a czynnikiem utleniającym, np. kwasem azotowym. Efektem ubocznym tego typu spalania jest powstanie silnie toksycznych spalin. Co więcej, samo paliwo i czynnik utleniający, uruchamiający reakcję spalania są silnie toksyczne i mało stabilne fizykochemicznie oraz niezmiernie groźne dla środowiska.

Ze względów ekologicznych, jak również chęci zwiększenia bezpieczeństwa startów rakiet kosmicznych, od jakiegoś czasu prowadzone są badania nad alternatywnym paliwem rakietowym.

Rakieta na sól?

Według naukowców z Air Force Research Laboratory (USA) jednym z bardziej obiecujących kandydatów na zastąpienie wybuchowej i silnie toksycznej pary kwas azotowy-hydrazyna są ciecze jonowe "aktywowane" chemicznie nadtlenkiem wodoru. Ciecze jonowe to najprościej mówiąc sole w stanie ciekłym.

Podczas eksperymentów odkryto, że najlepiej do silników rakietowych nadają się ciecze jonowe zawierające bardzo dużo atomów wodoru. By taką ciecz jonową uzyskać, naukowcy zmodyfikowali chlorek-THTDP poprzez zamianę anionów chlorkowych na borowodorkowe, po czym produkt reakcji (THTDP)BH4 poddano działaniu borowodorku glinu. Dzięki temu powstała ciecz jonowa zawierająca duże ilości wodoru, stabilna i ciekła w temperaturze pokojowej.

Same zalety

Taki materiał w reakcji z nadtlenkiem wodoru ulega bardzo gwałtownej reakcji spalania, podczas której powstaje znacznie mniej toksycznych substancji chemicznych, a te które zawarte są w spalinach nie mają rakotwórczego działania.

Dodatkową cechą nowego potencjalnego paliwa rakietowego jest brak konieczności silnego schładzania zbiorników, gdyż zarówno paliwo, jak i utleniacz są stabilne i bezpieczne w temperaturze pokojowej. Co więcej, oba komponenty nie są "żrące", przez co zbiorniki nie muszą być specjalnie zabezpieczane przed korozją.

Jak twierdzą autorzy odkrycia, przemysł kosmiczny już niebawem zostanie poddany podobnej przemianie proekologicznej jak ta, jaką zapoczątkowano kilkanaście lat temu w przemyśle motoryzacyjnym. Konieczność zmian technologii na bardziej przyjazne środowisku, z całą pewnością przyspieszona zostanie popularyzacją tak zwanych turystycznych lotów kosmicznych. Dzięki ekologicznemu paliwu więcej osób będzie mogłopoleecieć w kosmos.

(ew/pap)

Zobacz więcej na temat: kandydaci katastrofa ekologiczna kosmos NASA paliwa przemysł

Czytaj także

Wyciek opóźni start promu Discovery

Ostatnia aktualizacja: 02.11.2010 10:52

NASA przełożyła na 3 listopada start promu kosmicznego Discovery. Powodem są problemy techniczne z systemem utrzymywania ciśnienia w części napędowej.

Wycieki wykryto w piątek, co spowodowało przełożenie poniedziałkowego terminu startu. Najpierw NASA opóźniła misję do wtorku, a potem zdecydowała, że start nastąpi jednak w środę. Amerykańska agencja kosmiczna ma jeszcze kilkudniową rezerwę, gdyż bieżące okno startowe dla promu kosmicznego trwa do 7 listopada.

Pierwszy robot-android w kosmosie

Załogę wahadłowca stanowią tym razem wyłącznie astronauci amerykańscy. Dostarczą oni na Międzynarodową Stację Kosmiczną ISS moduł logistyczny Leonardo, który zostanie na stałe zamontowany w ISS, aby zwiększyć jej przestrzeń magazynową.

Dodatkowo na pokładzie Discovery znajduje się Robonaut 2, pierwszy robot-android w kosmosie. On także pozostanie na stałe na stacji ISS. Podczas misji promu Discovery zaplanowano dwa spacery kosmiczne, w trakcie których astronauci wykonają prace techniczne związane z ISS.

Discovery odchodzi na emeryturę

Lot Discovery oznaczony symbolem STS-133 jest czwartym w tym roku startem promu kosmicznego i ostatnim jaki wykona Discovery, który jest najstarszym z użytkowanych przez NASA wahadłowców i rekordzistą w liczbie lotów (38 lotów w przestrzeń kosmiczną).

Discovery oraz pozostałe dwa promy kosmiczne (Atlantis i Endeavour) mają w przyszłym roku stać się eksponatami muzealnymi. Ostatnia misja odbędzie się w lutym 2011 r. NASA pozostawia sobie jednak jeszcze ewentualną rezerwę na potencjalny lot w czerwcu 2011 r.

Zakończenie przez NASA eksploatacji wahadłowców oznacza, że przez kilka najbliższych lat jedynym sposobem transportu astronautów na Międzynarodową Stację Kosmiczną ISS będą rosyjskie statki Sojuz. Z zaopatrzeniem dla stacji kosmicznej jest mniejszy problem, bo mogą je dostarczać bezzałogowe, automatyczne statki rosyjskie (Progress) i Europejskiej Agencji Kosmicznej ESA (ATV).

kk

Zobacz więcej na temat: discovery esa kosmos NASA transport

Czytaj także

SpaceX Dragon wylądował

Ostatnia aktualizacja: 09.12.2010 17:01

Prywatna firma SpaceX przejmie wkrótce obowiązek dostaw na Międzynarodową Stację Kosmiczną. To prawdziwa rewolucja w NASA.

NASA wycofuje swoje promy kosmiczne, tymczasem sektor prywatny nie próżnuje. Wczoraj na orbitę poleciała kapsuła Dragon produkcji firmy SpaceX. Po dwóch okrążeniach Ziemi bezpiecznie na nią powróciła. Dragona wyniosła na orbitę rakieta Falcon 9, również produkcji firmy SpaceX.

PayPal i loty kosmiczne

SpaceX to firma założona w 2002 roku przez Elona Muska, biznesmena, który wcześniej fortunę zrobił na systemie PayPal. Musk zainwestował w loty kosmiczne 100 mln dolarów. Celem firmy jest umożliwienie niedrogich lotów w przestrzeń kosmiczną – a zatem to, co NASA próbuje zrobić od lat.

Musk poszukał oszczędności przede wszystkim w zmniejszeniu biurokracji – bolączce, która zawsze dokuczała państwowym organizacjom. Dzięki temu, SpaceX niezmiennie od swojego powstania powiększa się dwukrotnie każdego roku.

W 2006 roku firma osiągnęła wielki sukces. NASA otworzyła się na prywatne spółki, a SpaceX wykorzystał tę możliwość, wygrywając przetarg na komercyjne usługi transportu orbitalnego, zwane Commercial Orbital Transportation Services (stąd i najczęściej występujący skrót - COTS). Odtąd nieprzerwanie trwają prace nad transporterami, ktore będą w stanie zapewnić ciągłość dostaw na Międzynarodową Stację Kosmiczną ISS, a także, być może, zapewnić przejazd astronautom lub dostęp do satelitów. Oczywiście, ponieważ firma ma przejąć część obowiązków NASA, wiąże się to ze sporym dofinansowaniem od rządu USA.

Falcon 9 i dwa typy kapsuły Dragon - towarowa i załogowa. Źr. SpaceX.

W czerwcu za pomocą opracowanych przez firmę Muska rakiet Falcon 9 na orbitę poleciały satelity Irydion. Seria rakiet Falcon to prawdziwy skarb - jak dotąd, SpaceX sprzedało już 14 kontraktów na loty kosmiczne przy ich użyciu.

Powrócić bezpiecznie

Falcon 9, największa rakieta nośna w serii Falconów, po raz pierwszy odbyła lot na orbitę w czerwcu tego roku. Teraz SpaceX wysłał nią na orbitę kapsułę Dragon, która może pełnić rolę bądź ładunkowego, bądź załogowego transportera do ISS. Misja polegała nie tylko na opuszczeniu Ziemi i wydostaniu się na jej orbitę, ale i bezpiecznym powrocie kapsuły. Chodzi bowiem o to, aby Dragon mógł byc wykorzystywany wielokrotnie, nie powinien zatem ulegać zniszczeniu nawet wówczas, kiedy nie ma jego na pokładzie ludzi. To pierwsza komercyjna próba tego typu.

Cóż tu ukrywać - udało się. Misja rozpoczęła się wczoraj rano czasu lokalnego na Przylądku Canaveral na Florydzie. Po wyjściu na orbitę Dragon oddzielił się od rakiety, a po dwukrotnym okrążeniu Ziemi bezpiecznie wszedł w atmosferę i wylądował na Pacyfiku.

To milowy krok w rozwoju lotów komercyjnych. Sen o lotach pasażerskich, obsługiwanych przez prywatne firmy, jest już bliski spełnienia. Dragon będzie mógł zabierać 5-7 osób lub kilka ton ładunku w komorach o łącznej pojemności ponad 24 m3. Już wiadomo, że po wycofaniu promów kosmicznych i wraz ze stopniowym wycofywaniem rosyjskich Sojuzów, SpaceX wykona co najmniej 12 lotów na ISS.

(ew/SpaceX.com)

Zobacz start Falcona 9:

Zobacz więcej na temat: biznesmen firma NASA transport USA

Czytaj także

Znamy listę marzeń NASA

Ostatnia aktualizacja: 31.01.2011 06:00

Obejmuje ona między innymi rakiety napędzane antymaterią i mikrofalami, a także swobodnie unoszące się w przestrzeni kosmicznej roboty.

Antymateria to najlepsze paliwo

Antymateria to kandydat na najlepsze źródło energii. Moc antymaterii jest szacowana na 100 razy większą niż moc bomby wodorowej o tej samej masie. Bomby wodorowe maja tylko (!) 1 proc. skuteczności jeśli chodzi o konwersję masy na energię (wynika to ze słynnego równania Einsteina). Kiedy jednak antymateria spotka się z materią, w 100 proc. przemienia się w energię. Mówiąc krótko: to najpotężniejsze źródło energii we Wszechświecie. To niezwykła szansa dla pojazdów kosmicznych.

Istnienie antymaterii zostało przewidziane teoretycznie przez fizyka Paula Diraca, który nawet zdobył za to Nobla w 1933 roku. Antymateria przypomina „zwykłą” materię, ale ma przeciwny ładunek: anty-elektron jest tam naładowany pozytywnie, a anty-proton niesie ładunek ujemny. Anty-wodór to zatem anty-elektron krążący wokół anty-protonu.

Jak na razie, antymateria praktycznie nie jest dostępna - co prawda można wytwarzać antycząstki w akceleratorach, ale są to ilości zbyt małe, by napędzać choćby model rakiety. Ich żywot jest również zbyt krótkotrwały, aby mogły stać się paliwem. Specjaliści z CERN pracują nad tym problemem, ale paliwo z antymaterii to wciąż pieśń przyszłości.

Mikrofale i metaliczny wodór

Bardziej realna jest chwilowo częściowa rezygnacja z zabierania przez rakietę paliwa. Aby przemierzać kosmos, pojazd kosmiczny mógłby uzyskiwać energię od naziemnych stacji, wysyłających silne wiązki mikrofal lub promieniowania laserowego. Pod wpływem wiązki środek pędny zabrany przez rakietę rozgrzewałby się błyskawicznie, osiągając większą prędkość niż w przebiegu reakcji chemicznych. W podobny sposób można by wykorzystać światło słoneczne, skupiane przez lustra bądź soczewki na przykład na zestalonym metanie – spekulują specjaliści z NASA.

Szczególnie dobrym materiałem pędnym może być metaliczny wodór - pod olbrzymim ciśnieniem, gaz ten przekształca się w ciało stałe. Naturalny metaliczny wodór występuje na Jowiszu. Gdyby udało się go otrzymać na dużą skalę i gdyby metaliczna postać okazała się trwała pod normalnym ciśnieniem, świetnie nadawałby się do napędzania rakiet. Po podgrzaniu, przechodzący ze stanu stałego w gazowy wodór uwalniałby ogromną ilość energii.

Roboty i super-kombinezony

Do rutynowych czynności przy obsłudze kosmicznych instalacji przydałby się autonomiczny, swobodnie poruszający się w przestrzeni kosmicznej robot. NASA testowała pierwszą wersję takiego urządzenia już w 1997 roku podczas misji promu kosmicznego. Teraz agencja pracuje nad mniejszą i bardziej samodzielną wersją - Mini AERCam (Autonomous Extravehicular Robotic Camera) do zastosowania na stacji kosmicznej ISS. Ma sam odłączać się od bazy, manewrować w interesującym rejonie, unikając przeszkód, dostarczać odpowiednich zdjęć, wracać do bazy, dokować i uzupełniać zasoby energii.

Innym wymarzonym przedmiotem NASA jest "włazokombinezon" (suitport). To kombinezon instalowany na zewnątrz łazików, poruszających się po powierzchni Księżyca czy obcych planet. Astronauta wchodziłby do wnętrza kombinezonu przez otwór w jego plecach, po czym otwór ten byłby szczelnie zamykany, co umożliwiałoby odłączenie się od pojazdu. Po zakończeniu działań na zewnątrz łazika kombinezon ponownie przyłączałby się do pojazdu, a astronauta z niego wychodził. Takie rozwiązanie pozwalałoby tracić mniej powietrza niż przy typowych, zajmujących dużo miejsca śluzach powietrznych, unikałoby się także zanieczyszczenia wnętrza łazika potencjalnie szkodliwym pyłem. NASA testuje już prototyp takiego rozwiązania.

US National Research Council ma w najbliższym czasie ocenić plany NASA i przedyskutować je podczas serii spotkań w Waszyngtonie.

(ew/pap)

Zobacz więcej na temat: kosmos mini NASA paliwa paula

Czytaj także

Powstanie "kosmiczna stacja benzynowa"

Ostatnia aktualizacja: 14.05.2011 03:00

NASA planuje posadowienie na niskiej orbicie okołoziemskiej (LEO) stacji paliw rakietowych, która ma ułatwić eksplorację Kosmosu.

Stacja ma służyć satelitom i statkom załogowym badającym dalsze regiony Układu Słonecznego, informuje magazyn Technology Review.

Stworzenie takiej "kosmicznej stacji benzynowej" zaleciła w zeszłym roku Augustine Commission, ciało doradcze składające się z ekspertów w dziedzinie nauk ścisłych i kosmonautyki, a pracujące pod auspicjami naukowej agencji Białego Domu - Office of Science and Technology Policy (OSTP). Komisja ta stwierdziła, że sam proces opuszczenia Ziemi pochłania zbyt dużą ilość paliwa rakietowego. Jego niedostatek nie pozwala zaś na dalsze misje badawcze oraz bezpieczny powrót na Ziemię. Konieczne jest więc "dotankowanie" na orbicie.

Właśnie dlatego NASA zdecydowała o przeznaczeniu 200 mln USD na opracowanie technologii umożliwiającej przewiezienie paliwa rakietowego na orbitę LEO, bezpieczne składowanie oraz system uzupełniania paliwa w rakietach.

Jakie będą korzyści? Uzupełnianie paliwa w rakietach pozwoliłoby na zastosowanie tańszych i mniejszych rakiet w misjach niemożliwych do wykonania w ich klasie wagowej - ze względu na zbyt małą ilość zabieranego paliwa. Rozszerzyłoby także znacznie zasięg rakiet ciężkich. Jak powiedział Technology Review Chris Moore, wicedyrektor ds. zaawansowanych projektów w NASA, zamiast wysyłać maksymalnie wyładowane rakiety na asteroidy czy Marsa, można wysłać je z częściowym tylko zapasem paliwa i dotankować na orbicie. Umożliwiłoby to zabieranie o wiele większego ładunku.

NASA skupia się głównie na przeniesieniu na orbitę płynnego tlenu i wodoru - podstawowych składników mieszanki paliwowej używanej w głównych silnikach większości promów kosmicznych, komercyjnych rakiet nośnych oraz zespołów napędowych satelitów i próbników.

Wyzwanie stojące przed NASA jest naprawdę olbrzymie. Obydwa pierwiastki trzeba bowiem, nawet na orbicie, utrzymywać w bardzo niskiej temperaturze. Ciepło pochodzące od silników rakietowych czy dalekich wybuchów słonecznych może powodować ich parowanie, wzrost ciśnienia i rozszczelnienie zbiorników, a w konsekwencji - wybuch niszczący całą stację. Bardzo trudny będzie też sam proces dokowania i tankowania w środowisku zerowej grawitacji.

Specjaliści z NASA sądzą jednak, że skierowanie oferty opracowania nowych technologii składowania i przewożenia paliwa rakietowego na orbitę oraz projektu stacji paliwowej do sektora prywatnego, spowoduje boom w sektorze przemysłu kosmicznego. NASA zgadza się bowiem, aby poza opracowaniem samej konstrukcji stacji, paliwo dostarczały na orbitę prywatne firmy, które będą operować "kosmicznymi tankowcami" dokonującymi wahadłowych lotów na trasie orbita-Ziemia.

(ew/pap)

Zobacz więcej na temat: Biały Dom firma kosmos NASA paliwa