online din 17.10.2003

ultima actualizare 26.10.2009

Promovez

Royalty Free Images

Statistici site

Septembrie 2009

Vizitatori: 2.244

Afisari: 7.498

 

 

 

Metode de obtinere a microgravitatiei

- Avion - Tub de cadere - Rachete balistice - Navete si sateliti in orbita joasa - Statii spatiale - Sistem de levitatie electrostatica -

Programele de cercetare domeniul procesarii materialelor in spatiu urmaresc sa inteleaga relatiile intre procesare, structura si proprietati a tuturor tipurilor de materiale, cum sunt metalele si aliajele metalice, sticla, ceramicele si polimerii. Scopul principal al acestor cercetari este acela de a imbunatatii tehnicile de fabricare si control in cazul procesarii aici, pe Pamant.

La ora actuala, in lume, exista 5 agentii spatiale puternice ce deruleaza astfel de programe de cercetare: NASA (S.U.A.); ESA (Europa); NASDA, mai nou JAXA (Japonia); IKI (Rusia); CNSA (China). As vrea sa adaug ca si Romania are o agentie spatiala - Agentia Spatiala Romana (ASR). Precizez ca programele de zbor in spatiu, sunt cuplate cu cercetari intense la nivelul solului.

Particularitatile mediului spatial sunt date de cateva proprietati cheie: gravitatia redusa (10-4-10-6G); presiune mica (10-5 Pa); atmosfera formata din oxigen atomic in proportie mai mare de 85%; iradiatii alfa, beta, gamma; vedere larga si o imensa energie solara, care poate atinge 1.4 kW/m2. Dintre acestea, cea mai importantanta este gravitatia foarte redusa. Exista insa mai multe solutii pentru a obtine gravitatie redusa, chiar si pe pamant. In lume exista mai multe astfel de instalatii, care, in functie de principiu se pot clasifica in:
 

 

Gravitatie redusa intr-un avion

Se poate obtine gravitatie redusa executand cu un avion o traiectorie balistica, asa cum este prezentat in graficul din dreapta. Aproape fiecare agentie spatiala, dintre cele enumerate mai sus au in dotare avioane care pot efectua astfel de manevre. Avionul NASA se numeste KC-135, in timp ce NASDA - agentia spatiala nipona foloseste MU-300 (Mitsubishi). Se pot obtine diferite nivele de gravitatie, in functie de parametrii traiectoriei balistice, astfel gravitatie negativa (-0,1G) se poate obtine pentru 15 secunde, 0G pentru 25 secunde, gravitatie lunara (1/6 G) pentru 40 secunde, iar gravitatie martiana (1/3G) pentru aproximativ 30 secunde.

Cu toate ca astfel de zboruri sunt eficiente, din punct de vedere economic (raportat la costurile unei statii spatiale) timpul scurt in care se pot obtine gravitatii reduse a impiedicat dezvoltarea de teste importante in domeniul stiintei materialelor.

 

Tub de cadere

O alta metoda de obtinere a microgravitatiei este caderea libera intr-un tub vidat. Exista mai multe astfel de facilitati in lume, dar cel mai lung este cel japonez din cadrul MGLAB (Microgravity Laboratory). Construit intr-o veche mina de carbune, are o lungime de cadere libera de 100m, iar de franare de 50m. Probele sunt introduse intr-o capsula si eliberate in tubul cu diametrul de 1500mm. Dupa o cadere libera de 4.5secunde in tubul vidat, in care se inregistreaza microgravitate, capsula intra in zona de franare, unde datorita lungimi destul de mari a acestei sectiuni nu se inregistreaza mai mult de 10G, protejandu-se astfel capsula si probele. Masa maxima care se poate incarca in capsula este foarte mare: 400kg (720mm in diametru si 885mm in inaltime).

Exista si in cadrul NASA astfel de instalatii, numai ca ele sunt construite sub forma de turnuri - ridicate in inaltime - NASA Glenn Research Center. In aceste doua centre, cat si in altele din restul globului se fac numeroase experimentari cu privire la solidificarea materialelor fara contact cu un container, in microgravitate, precum si, un nou aspect, fenomenul de subracire.

 

Informativ, in 1999 costul unei experimentari in cadrul MGLAB costa 600.000 yeni, adica, la cursul din 2003 in jur de 55.000$.

 

Rachete balisticie (Sounding Rokets)

Pentru a prelungi timpul in care se obtine microgravitate intr-un avion sunt folosite rachete speciale, care, urmand aceelasi principiu, au o traiectorie parabolica (balistica). Prin acest procedeu se poate obtine microgravitate pentru un timp mai mic de 30 minute. O astfel de racheta are stuctura din figura alaturata. Astfel de experimente se fac in mod curent, numai NASA lansand 30 de astfel de proiecte pe an. Agentiile spatiale dispun de o multitudine de modele diferite de rachete, care pot atinge altitudini de la 48km la 1287km. Caracteristicile unui astfel de proiect sunt: costul relativ redus, durata de pregatire de 6 luni, este sigurul procedeu care permite efectuarea de experimente in-situ la altitudini intre cele maxime ale baloanelor si cele minime ale satelitilor. In urma lansarii, dupa ce motorul rachetei si-a consumat combustibilul se desprinde de proba. Sectiune pentru testari, in acest moment incepe sa-si execute misiunea, iar rezultatele sunt trimise sub forma de informatii spre baza. La intrarea in atmostera, proba este franata cu ajutorul unei parasute si poate fi recuperata pentru un uz ulterior.

Cu toate ca majoritatea experimentelor sunt orientate pe testarea aparatelor spatiale sau explorarea spatiului, s-au efectuate si teste in domeniul stiintei materialelor.

 

Naveta spatiala in orbita joasa

Zborurile cu navete spatiale la joasa inaltime sunt foarte scumpe. Din acest motiv, inainte de a efectua experimente prin aceasta metoda, de obicei se efectueaza teste in avioane care pot realiza traiectorii balistice sau prin orice alta metoda prezentata anterior.

Principalul avantaj al acestei metode de obtinere a gravitatiei reduse este acela ca aceasta stare poate fii mentinuta timp de maxim 2 saptamani. Totusi, in practica se folosesc sateliti lansati in orbita joasa de aceste navete, in interiorul carora se instaleaza probele. Dupa efectuarea experimentelor (durata care difera de tipul de satelit) acestia sunt recuperati tot de navete spatiale si readusi la sol.

Astfel, NASA are la dispozitie pentru aceste tipuri de experimentari, sateliti tip SPARTAN, iar ESA - Eureca, caracteristicile principale ale acestora fiind prezentate in urmatorul tabel:
 

Tip satelit

Autonomie maxima pentru experimentari

Sarcina maxima

Putere

Spartan Lite

3-12 luni

100 lbs

100 W

Spartan 250

2-14 zile

3000 lbs

18 kW/h

Spartan 400

12 luni

2000 lbs

250 W

Eureca

6-9 luni

1000 kg

1000 W

 

Statii spatiale

Nu in ultimul rand, dar poate cea mai importanta metoda de obtinere a microgravitatiei este pe o statie spatiala. Chiar in acest moment este in derulare constructia ISS (International Space Station) la care participa 16 tari. Este prevazut, ca pe viitor sa i se adauge componente care sa fie specializate pentru efectuarea de experimente in domeniul stiintei materialelor dar nu numai. Aceste module sunt deja proiectate si la ora actuala in stare de executie. Cand vor fi finalizate se vor putea efectua experimente cu durate chiar de cativa ani. Totusi, se preconizeaza ca acestea vor fi destul de costisitoare si vor necesita o multime de alte teste inainte de a fi instalate pe statia spatiala.

Iata cum arata aceasta statie spatiala in 2002:

 

Levitatie electrostatica

Am lasat acest procedeu de simulare a microgravitatiei la urma deoarece este unul dintre cele mai noi. Levitatia electrostatica este un domeniu de interes la ora actuala si inca nu au fost facute publice principiile de functionare. Prima instalatie de acest gen este pusa in functionare si poarta denumirea de MSFC Electrostatic Levitation Facility. Scopul principal al acestui laborator este de a pune la dispozitie un sistem ce permite studiul solidificarii materialelor fara ca acestea sa fie in contact cu nici un container si sa nu fie supuse presiunii si acceleratiei gravitationale.

In acest laborator au fost procesate deja metale, aliaje si oxizi. Probele au de obicei forma sferica cu un diametru de 1-3mm. Pot fi supuse experimentarii probe de greutate intre 20 si 70mg, rezultate optime obtinandu-se pentru 30-40mg. In ultima perioada se lucreaza intens la studiul oxizilor si sticlelor, a caror procesare implica anumite complicatii. Incalzirea probelor se face printr-un sistem laser foarte performant, pe cand transferul termic pentru racire se face numai prin radiatie.



Un astfel de laborator este deasemenea in constructie in Japonia, sub coordinarea JAXa, insa acesta va fi montat pe modulul Japonez (Kobe=speranta) al Statiei Spatiale Internationale.

 

 

[Bogdan's World] [Imagini] [Jurnal] [Cultura si Istorie] [Stiinta si Tehnica] [Legaturi] [Romani in Japonia] [Guestbook] [Contact]

 

Bogdan Lazar - Copyright 2003-2009 - Termeni si conditii de utilizare