Międzynarodowa Stacja Kosmiczna: przyczółek w kosmosie

Tłumaczenie: Grzegorz Glubowski

Astronauta holenderski Andre Kuipers obserwuje Ziemię z okna ISS Dzięki uprzejmości ESA/NASA

W pierwszym z dwóch artykułów Shamim Hartevelt-Velani i Carl Walker pracownicy Europejskiej Agencji Kosmicznej, zabierają nas na wycieczkę do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.

Czym jest ISS?

Wyobraźcie sobie jaskrawą powierzchnię paneli słonecznych sięgających na 100 metrów od centralnego wspornika oraz nieregularnie rozmieszczone wzdłuż niego cylindryczne moduły, w których żyją i pracują astronauci. Jedne z nich są laboratoriami, inne mieszkaniami załogi, razem z kuchnią oraz pomieszczeniem do ćwiczeń fizycznych. W innych jeszcze zgromadzono żywność, wyposażenie, urządzenia do uzdatniania wody oraz powietrza. Jest też toaleta. Poszczególne moduły spięto łącznikami, a na jednym z nich zbudowano terminal dla pojazdów przybywających tu z Ziemi.

Science fiction? Nie, ta zadziwiająca konstrukcja istnieje od 20 listopada 1998, kiedy to wyniesiono na orbitę pierwszy jej element – „Zarja” (wschód słońca po rosyjsku), za pomocą rakiety Proton startującej z Bajkonuru w Kazachstanie. Międzynarodowa Stacja Kosmiczna (ISS) jest największą konstrukcją, jaką ludzie umieścili w kosmosie. Powstała we współpracy Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA)w1, Amerykańskiej Narodowej Agencji Aeronautyki i Przestrzeni Kosmiczne (NASA)w2, Rosyjskiej Agencji Kosmicznej (Roscosmos)w3, Kanadyjskiej Agencji Kosmicznej (CSA)w4 oraz Japońskiej Agencji Kosmicznej (JAXA)w5. Montaż stacji dokonuje się z wykorzystaniem manipulatorów promów kosmicznych, jak i samej stacji. Pracują też przy tym astronauci, którzy wykonują niezbędne czynności w próżni otwartego kosmosu (spacery kosmiczne lub EVAs).

Fotografia z czernią kosmosu w tle i ziemskim horyzontem, zrobiona przez członka załogi ISS, pokazuje przycumowany prom kosmiczny Discovery (STS-120) i statek kosmiczny Sojuz Dzięki uprzejmości ESA/NASA

Istnienie ISS stwarza wyjątkową okazję prowadzenia pionierskich badań w wielu dziedzinach. W porównaniu do dawnych stacji kosmicznych ISS zapewnia wiele więcej możliwości przeprowadzania tuzinów eksperymentów, wykonywanych albo wewnątrz stacji, albo w określonych miejscach na zewnątrz. To dlatego, że jest ona większa, wytwarza więcej energii elektrycznej, dysponuje większą mocą obliczeniową i ma dłużej funkcjonować, co umożliwi naukowcom prowadzanie czasochłonnych eksperymentów przy ciągłym przepływie danych.

Grawitacja ma wpływ na wszystko, co robimy na Ziemi. Znaczenie tej siły znika na orbicie, w stanie mikrograwitacji lub inaczej „nieważkości”. Astronauci unoszą się swobodnie, zdolni przemieszczać wielkie elementy wyposażenia bez wysiłku. W takich warunkach naukowcy mogą sprawdzać i zmieniać istniejące teorie, co doprowadzić może do nowych odkryć lub udoskonaleń.

Podróżując do ISS

Od maja 2009, ISS będzie nieprzerwanie obsadzony przez sześcioosobową załogę astronautów z: USA, Kanady, Japonii, Rosji i ESA. Jej wymiana jest możliwa przez cały rok, ale przeciętny czas przebywania na stacji ma trwać sześć miesięcy. Załogi będą międzynarodowe, a ich skład zmieniać ma się w zależności od uzgodnień między rządami. Wszyscy członkowie załóg muszą doskonałe znać angielski i rosyjski, w mowie i w piśmie.

Astronauci Pam Melroy, dowódca STS-120 (po lewej); Peggy Whitson, dowódca Expedition 16 oraz Stephanie Wilson, specjalista misji STS-120, pozują do zdjęcia w module serwisowym ISS Zwiezda, podczas gdy prom kosmiczny Discovery przybija do stacji Dzięki uprzejmości ESA/NASA

Załoga dostaje się na ISS albo w kapsule rosyjskiego Sojuza, wystrzelanego z Bajkonuru, albo w amerykańskim promie kosmicznym, wystrzelanym z Cape Canaveral na Florydzie. Podróż z Ziemi na orbitę trwa około dziesięciu minut. Startowi promu, gdy jego silniki główne spalają ciekły wodór i tlen, towarzyszy duży hałas i wibracje. Po starcie szybkość gwałtownie narasta, a przyspieszenie wciska ciała astronautów w fotele. Na skutek bezwładności wzrasta ono od 1 g do niemal 4 g, tak jak w niektórych najszybszych kolejkach górskich.

Prom szybko osiąga wysokość 10 km nad poziomem morza – pułap podróżowania samolotów pasażerskich. Temperatura spada poniżej zera i zwiększa się opór powietrza. Prom wznosi się coraz wyżej, horyzont zakrzywia się i astronautów otacza ciemność kosmosu. Po dwóch minutach, prom osiąga wysokość 45 km i przemieszcza się z szybkością 4 razy większą od szybkości dźwięku. .

Cztery minuty później, prom osiąga wysokość 130 km i leci 15 razy szybciej od dźwięku. Centralny zbiornik paliwa jest już opróżniony i oddziela się, aby na koniec spłonąć w atmosferze. Główne silniki są wyłączane, ale prom kontynuuje podróż przez przestrzeń, ponieważ nie ma oporu powietrza. Przedmioty wewnątrz wydają się nieważkie. Wszystko, co nie jest przymocowane zaczyna się unosić.

Wibracje ustają i statek otacza cisza. Prom osiąga szybkość 22 razy większą od dźwięku (28 000 km/h), pułap niemal 400 km i jest teraz na tej samej orbicie, co ISS. Zaczyna podążać za stacją – jest 10 000 km za nią i nieco poniżej. Po dwóch kolejnych dniach, po upewnieniu się, że wszystkie systemy działają sprawnie, nastąpi spotkanie i dokowanie. Dokowanie przebiega bardzo wolno dla uniknięcia jakichkolwiek wypadków.

Badania na pokładzie

Nasza obecna wiedza z biologii, fizyki, lub chemii, jest niemal w zupełności oparta na obserwacjach i teoriach nacechowanych powszechnie istniejącą siłą grawitacji. Badania prowadzone na ISS w stanie nieważkości, pozwalają naukowcom sprawdzać i modyfikować istniejące teorie.

Dla przykładu, właściwości substancji są określone przez jej strukturę i podlegają wpływowi niedoskonałości, formującym się głównie podczas przechodzenia ze stanu ciekłego do stałego. Grawitacja wpływa na ten proces w wielce złożony sposób. Badanie krzepnięcia na orbicie pozwoli lepiej zrozumieć, w jaki sposób grawitacja wpływa na ten proces na Ziemi. W rezultacie badań w kosmosie, inżynierowie będą mogli udoskonalić procesy wytwórcze na Ziemi, by taniej produkować wytrzymalsze i bardziej niezawodne odlewy.

Zdjęcie ISS zrobione w listopadzie 2007 z promu kosmicznego Dzięki uprzejmości ESA/NASA

Astronauci prowadzą też eksperymenty z biologii, medycyny i fizjologii człowieka. Badania ESA koncentrują się obecnie na wpływie grawitacji na rozwój i utrzymanie stanu tkanki kostnej oraz na wpływie lekarstw. Wcześniejsze, długo trwające loty ujawniły, że przebywanie w warunkach kosmosu prowadzi do utraty masy kostnej oraz, że po 6-8 miesiącach przebywania w przestrzeni, utrata jej składników mineralnych waha się od nieznacznej po niemal 20%.

Wiadomo, że utrata masy kostnej jest charakterystyczną cechą osteoporozy na Ziemi. To samo obserwuje się u zdrowej załogi. Badając te podobne do siebie problemy zwiększamy nasze szanse na rozwiązanie obu. W ostatniej dekadzie uczyniliśmy znaczący postęp i dziś wiemy o wiele więcej niż dziesięć lat temu. Eksperymentowanie w przestrzeni pomaga nam rozumieć zachowanie kości i dlatego może dopomóc załogom, które spędzą wiele czasu w nieważkości.

W następnym wydaniu Science in School czytaj artykuł o codzienności astronautów na orbicie i o adaptowaniu się ich kości do warunków mikrograwitacji.

Zasoby informacji w sieci

w1 – Informacje o Europejskiej Agencji Kosmicznej: www.esa.int. See below for information about ESA’s education resources.

w2 – Informacje o NASA: www.nasa.gov

w3 – Informacje o Rosyjskiej Agencji Kosmicznej: www.roscosmos.ru

w4 – Informacje o Kanadyjskiej Agencji Kosmicznej: www.space.gc.ca

w5 – Informacje o Japońskiej Agencji Kosmicznej: www.jaxa.jp/index_e.html

Źródła

Kompletny wywiad z Thomasem Reiterem, zobacz:

Warmbein B (2007) Down to Earth: interview with Thomas Reiter. Science in School 5: 19-23. www.scienceinschool.org/2007/issue5/thomasreiter

Inne podobne artykuły, zobacz:

Wegener A-L (2008) Laboratorium w przestrzeni kosmicznej: wywiad z Bernardo Patti. Science in School 8: 8-12. www.scienceinschool.org/2008/issue8/bernardopatti/polish

Williams A (2008) Zautomatyzowany statek transportowy – wspieranie Europy w kosmosie. Science in School 8: 14-20. www.scienceinschool.org/2008/issue8/atv/polish

Setki zdjęć, filmów video i animacji dotyczących załogowych lotów kosmicznych można uzyskać dla celów edukacyjnych na stronie ESA: www.esa.int/esa-mmg/mmg.pl?collection=Human+Spaceflight

ESA wydała wiele materiałów edukacyjnych dotyczących ISS:

Zestaw Edukacyjny ISS dla szkół podstawowych i średnich, wydrukowany we wszystkich 12 językach ESA. Zestawy proponują fascynujące działania związane z budową, pracą i życiem na pokładzie ISS, a także dostarczają wiedzy oraz materiału ćwiczebnego do lekcji. Każdy nauczyciel kraju członkowskiego ESA może je zamówić bezpłatnie na stronie: www.esa.int/spaceflight/education

Interaktywna wersja Zestawu Edukacyjnego ISS jest dostępna na: www.esa.int/spaceflight/education

“Robotyka kosmiczna”, ostatnia z czterech lekcji na DVD zawierających tematy powiązane z programami szkół europejskich i opartych na projekcie „Zero Gravity” jest już dostępna

DVD o fizyce związanej z kosmiczną ciężarówką (ATV) będzie wydane pod koniec bieżącego roku. Nauczyciele mogą zamawiać DVD bezpłatnie na: www.esa.int/spaceflight/education

ESA tworzy serię lekcji internetowych dla uczniów szkól podstawowych i średnich oraz ich nauczycieli. Zobacz: www.esa.int/SPECIALS/Lessons_online

Zestaw „Eksploracja Kosmosu” dla szkół podstawowych będzie wydany w 2008.

Dalsze informacje na temat materiałów edukacyjnych:

Strona edukacyjna Europejskiej Agencji Kosmicznej: www.esa.int/education

Strona edukacyjna wypraw załogowych Europejskiej Agencji Kosmicznej: www.esa.int/esaHS/education.html

---

Shamim Hartevelt-Velani, nauczyciel szkoły średniej, pracuje w należącym do ESA Europejskim Centrum Badawczym i Technologicznym (ESTEC), w Dyrektoriacie Lotów Załogowych. Jest specjalistą dydaktykiem w dziale edukacji.

Carl Walker jest współpracującym z ESA pisarzem i wydawcą, zatrudnionym przez ESTEC. Pisze i wydaje wiele książek oraz materiałów informacyjnych o lotach kosmicznych i europejskim programie kosmicznym.