Na ISS znanstveni preizkus s slovensko udeležbo

Povod za ponovno pisanje o tem našem rojaku, ki je obdržal slovensko državljanstvo, so novice o projektu razvoja vesoljskih tehnologij, o katerem nam je pripovedoval v omenjenem pogovoru.

To je bil projekt izboljšanja izpraznitve rezervoarja za gorivo na satelitu. »Satelit si lahko predstavljamo kot nekakšno posodo za razpršilo. Tako kot izpraznjeno razpršilo tudi satelit ni več uporaben, ko porabi vse gorivo, ki mu omogoča, da ohrani svoj položaj v vesolju. Zato si seveda želimo izboljšati njegov rezervoar, da bomo lahko porabili gorivo do zadnje kapljice in hkrati zaščitili motor. Moje delo je razvoj rezervoarjev, ki delujejo po principu površinske napetosti kapljevin – rezervoar si predstavljajte kot veliko žogo za aerobiko, pri čemer z majhnimi cevkami in siti lovimo lužico goriva, ki se premika sem in tja v njegovi notranjosti, da motor satelita nikoli ne zajame zraka oziroma plina, ki je v rezervoarju in bi verjetno poškodoval zagonski motor,« nam je jeseni pripovedoval dr. Aleksander Grah.

Začetek preizkusa

V začetku tega leta pa so člani mednarodne skupine znanstvenikov, v kateri so poleg Graha iz ZARM Michael Dreyer, Jörg Klatte in Peter Canfield, sodelovala pa sta še Mark Weislogel in Yongkang Chen z državne univerze Portland v ZDA, v sodelovanju z astronavti na Mednarodni vesoljski postaji (ISS) začeli preizkus kapilarne dinamike fluidov v pogojih mikrogravitacije. Znanstveniki iščejo odgovor na vprašanje, kako bi v vesolju najbolje izpeljali transport kapljevin s pomočjo kapilarnih učinkov, ki je na primer potreben pri gorivu za satelitske motorje. V predvidenih večmesečnih poskusih, ki jih vodi ZARM, bodo med drugim razjasnili, katere hitrosti pretakanja kapljevin ne ogrožajo zanesljivosti toka goriva. Projekt financira Nemška vesoljska agencija (DLR), ameriška agencija Nasa pa ga podpira s svojo infrastrukturo.

Preizkusno napravo, ki je bila tehnično izredno zahtevna, sta razvila nemško podjetje Astrium in ZARM; prevoz na vesoljsko postajo je zagotovila Nasa. Astronavti so napravo vgradili na posebno mesto za mikrogravitacijske preizkuse, ki ga v vesoljskem žargonu imenujejo Microgravity Science Glovebox (MSG). Organizacijsko in tehnično zahteven zagon aparata so znanstveniki vodili iz ameriškega vesoljskega centra Marshall Space Flight Center v Huntsvillu v Alabami, ki ga upravlja Nasa. Nekaj dni pozneje je vodenje prevzel ZARM, kjer so prav v ta namen zgradili kontrolno postajo z ustrezno komunikacijsko opremo.

Kako se kapljevine 
obnašajo v vesolju

»Rezultati preizkusov bodo spoznanja, pomembna za ravnanje z različnimi kapljevinami v vesoljskih plovilih. To velja predvsem za goriva, ki se v razmerah mikrogravitacije obnašajo povsem drugače, kot smo navajeni na Zemlji. Bencin v avtomobilskem rezervoarju je na primer vedno na dnu in njegov transport k motorju seveda ne pomeni posebnih težav. V vesolju pa se kapljevine zaradi površinske napetosti porazdelijo vsepovsod, predvsem na stenah posode. Zaradi tega učinka so potrebne posebne priprave, to so kapilarni kanali, ki dobesedno ujamejo kapljevino in jo vodijo do motorjev. Cilj znanstvenega dela je s kapilarnimi kanali zagotoviti zanesljiv transport čistega goriva brez mehurčkov plina, ki bi motili delovanje ali povzročili poškodbo raketnih motorjev. Vzporedno razporejeni elementi tvorijo transportne kanale, ki so na straneh odprti in omogočajo vstop kapljevin, vodijo do izpusta iz rezervoarja in do cevovodov motorjev. Za izločevanje plina in transport goriva se uporabljajo omenjene sile privlačnosti, katerih posledica je površinska napetost kapljevin. Posebna naloga je določitev hitrosti toka, do katere je ta proces stabilen in zagotavlja preskrbo goriva brez plinastih vključkov. To znanje je pomembno za pravilno dimenzioniranje rezervoarjev za gorivo, kjer šteje vsak gram kovine. Toda kapilarna tehnika ni zanimiva samo za pogon vesoljskih plovil, temveč tudi na primer za preskrbo s pitno vodo in klimatizacijo plovil, namenjenih za daljša potovanja v vesolju,« pojasnjuje dr. Grah.

Idealne raziskovalne 
razmere na ISS

Do namestitve preizkusne naprave na vesoljski postaji so prišli šele po vrsti testov. Ti so se začeli v mikrogravitacijskem stolpu v ZARM, ki je največji svoje vrste in omogoča skoraj deset sekund breztežnosti, in nadaljevali na raketnih poletih iz Kirune na Švedskem, ki omogočajo do sedem minut breztežnosti za preizkuse na največji višini 270 kilometrov. Na ISS pa je seveda na voljo bistveno več časa, tako da je mogoče raziskovati različne velikosti toka, ne samo omejitve hitrosti kapljevine, temveč tudi vpliv geometrije kanalov, posledice oscilacij, ki jih povzročajo vibracije motorjev, in opazovanje plinastih vključkov v toku kapljevine. Dnevni rezultati preizkusov so velike količine podatkov, ki jih zbirajo posebna hitra kamera in druge merilne naprave. Po prvi obdelavi na vesoljski postaji Nasa poskrbi, da so v dvajsetih minutah na razpolago za znanstveno delo.

Vsekakor smo Slovenci lahko ponosni, da pri izpopolnjevanju tehnologij vesoljskih poletov uspešno sodeluje tudi naš znanstvenik, ki s tem nadaljuje tradicijo slovenskih dosežkov pri odkrivanju vesolja. Bomo morda zdaj, ko smo vse bolj dejavni pri Evropski vesoljski agenciji (ESA), doživeli, da bodo katere od teh raziskav potekale tudi na naših tleh? Dr. Aleksander Grah Risba »škatle za rokavice« (MSG) z inštrumenti, s katerimi preverjajo transport kapljevin s pomočjo kapilarnih učinkov. Vir ZARM »Škatla za rokavice« (Microgravity Science Glovebox, MSG) na Mednarodni vesoljski postaji – Spominja na inkubator za nedonošenčke, v njej so zdaj inštrumenti, s katerimi preverjajo transport kapljevin s pomočjo kapilarnih učinkov.