Category: Technologia

Na spotkanie z kometą – misja Rosetta

Rosette mission

Tajemnicza misja Rosetta jest kilku etapową wyprawą przygotowaną przez Europejską Agencję Kosmiczną ESA – od 19 listopada 2012 także polską, bo wtedy oficjalnie Polska stała się członkiem Agencji [1]. Na czym więc polega ów misja? Sonda Rosetta dokonała już obserwacji i analizy dwóch planetoid, które były po drodze do właściwego celu – komety 67P/Czuriumow-Gierasimienko [2]. Sonda zdołała wejść w orbitę wokół jądra komety. Wszyscy czekają na kulminacyjny moment, gdy sonda dokona odpalenia specjalnie przygotowanego lądownika – Philae. Będzie to pierwsza w historii szansa na wylądowanie na powierzchni takiego typu obiektu [3]. Więcej szczegółów o misji będzie można przeczytać wchodząc na podstronę tematyczną ESA lub na polskiej Wikipedii. Samo lądowanie zaplanowane jest na 12 listopada na mniej więcej godzinę 16 czasu UTC. Lądowanie będzie poprzedzone rozłączeniem lądownika Philae w odległości 22,5 km od miejsca docelowego. Całe wydarzenie będzie można oglądać „na żywo” na kanale Europejskiej Agencji Kosmicznej. Nawet jeżeli nie możemy być bezpośrednimi uczestnikami wydarzenia, to rozwój technologii umożliwił wszystkim bierny udział i śledzenie czynów o których nigdy nawet nikt nie marzył.

Z powodu tego doniosłego wydarzenia (nie tylko naukowego!) ESA przygotowała niezwykły film promujący całą wyprawę i tłumaczący zasadność zbliżającego się pionierskiego lądowanie. Na życzenie Agencji przygotowano film pt. Ambition (z ang. Ambicja).

Zadania podjął się polski zespół z Platige Image, pod kierownictwem Tomasza Bagińskiego [4]. Krótka historia – uświetniona wspaniałymi efektami specjalnymi – ukazuje rozmowę Mistrza z młodą uczennicą, którzy rozprawiają o początku życia i powadze misji Rosetta. Prawdą jest, że misja kosmiczna da nam odpowiedź o początku nas – ludzi. Nie rozwiąże od razu wszystkich tajemnic, ale odsłoni pokaźną część wiedzy o nas samych. Jak na ironię, odpowiedź ta kryje się daleko od miejsca w którym żyjemy.

Niestety nie wszystko mogło być tak piękne. Nie bez powodu na końcu dokumentu ukazującego kulisy powstawanie filmu umieszczono niezbyt optymistyczną peuntę. Łukasz Sobisz – twórca animacji obracających się planet – zauważył zobojętnienie i marazm jaki zapanował, zagościł w sercach obecnych ludzi:

Dziwi mnie bardzo, że w dzisiejszych czasach coś takiego [film Ambition] jest w ogóle potrzebne. Ludzkość wysyła w kosmos sondę, która zamierza dogonić kometę i wylądować na jej powierzchni; a potrzebujemy wielkiego reżysera, filmów i aktorów, żeby przekonać ludzi, że to jest interesujące.

 

Bibliografia:

[1] http://www.esa.int/About_Us/Welcome_to_ESA/Polish_flag_raised_at_ESA

[2] M. Królikowska, Acta Astronomica 53 (2003) 195

[3] http://sci.esa.int/rosetta/

[4] http://www.platige.com/pl/

Shinkansen-maglev
Maglev (skrót pochodzi od pierwszych liter angielskich słów MAGnetic LEVitation) jest to technika nadawania przyspieszenia pojazdom z wykorzystaniem zjawiska lewitacji magnetycznej bez użycia kół, przekładni, czy łożysk. Obecnie wykorzystywana głównie w kolejnictwie jako jeden z przykładów pociągów wielkich prędkości.
Kolej magnetyczna Maglev mogą poruszać się beztarciowo, bez wydawania dźwięków wzdłuż wyznaczonej trasy. W przeciwieństwie do standardowej kolei nie są zależne od panującej pogody. Brak tarcia na styku pociąg-szyny pozwala zaoszczędzić wiele energii i osiągać bardzo duże prędkości. Mimo trendu nadawania pociągom co raz to bardziej aerodynamicznych kształów, ciągle opór powietrza jest największą przeszkodą w osiąganiu lepszych rezultatów.
Ze względu na beztarciowy tryb poruszania się kolei nie zużywają się poszczególne komponenty zarówno szyn, jak i samego pojazdu. Mimo to, z ekonomicznego punktu widzenia technologia magnetycznej kolei jest nieporównywalnie droższa od konwencjonalnej.

Wykrystalizowały dwie główne ścieżki rozwoju kolei magnetycznej związanej z wykorzystaniem klasycznych materiałów magnetycznych oraz nadprzewodników [1-3].

Historia
W latach 40 XX wieku „ojciec technologii Maglev” Eric Laithwaite (1921-1997) z Imperial College w Londynie wybudował pierwszy działający model silnika indukcyjnego (Rys. 1) [4, 5]. Konstrukcja pozwalała na poruszanie się pociągu bez fizycznego kontaktu między pojazdem, a prowadnicą. Sam profesor Laithwaite chciał wprowadzić swój wynalazek do projektu Tracked Hovercraft, ale został on przerwany [6].
e
Rys. 1. Eric Laithwaite (1921-1997) [4]

Po 1970 Laithwaite oraz Eastham zaproponowali wykorzystanie nowej technologii z użyciem magnesów trwałych. System ze względu na występowanie poprzecznych strumieni i geometrii pozwalał unieść pojazd z jednoczesnym utrzymaniem stabilności.
Pierwszy w pełni komercyjny projekt został wdrożony w Birmingham (1984) [7]. Kolejka jeździła na trasie pomiędzy Portem lotniczym Birmingham, a stacją Birmingham International (600 metrów długości). Kolej osiągała prędkość maksymalną 42 km/h. W 1995 roku ze względu na częste problemy techniczne została ostatecznie zamknięta [7].
Niemiecka spółka Transrapid rozpoczęła testy własnych konstrukcji w powiecie Emsland (31,5 kilometrów długości).
W 2006 roku miał miejsce pierwszy w historii kolei magnetycznej wypadek w którym zginęły 23 osoby. Podczas testów nowego projektu Transrapid doszło do błędu ludzkiego. Od tamtego momentu zaprzestano zabierania pasażerów na testy. Po 2012 zawieszono wszystkie testy na tym odcinku [8].
W Japonii wykrystalizowały dwa niezależne konstrukcje maglev’ów. Pierwszy z nich to High Speed Surface Transport (HSST) wdrożony przez Japan Airlines, a drugi to JR-Maglev przygotowany przez Japan Railways Group.
Technologia High Speed Surface Transport została zapożyczona w Niemczech. Od 1974 rozpoczęto oficjalnie jej rozwijanie. Rekordem prędkości jakim mogły się poszczycić owe konstrukcje było 30km/h. Japan Railways Group rozpoczęła wcześniej swoje testy (1969). Mimo incydentu na torze testowym i zniszczeniu jednego pociągu nie przerwano dalszych badań. Obecnie projekty wdrażane przez JRG biją kolejne rekordy prędkości [9].

Porównanie z klasyczną koleją

a) Prędkość – kolej magnetyczna pozwala osiągać bardzo duże prędkości niedostępne dla przeciętnych lokomotyw. Obecnie stosowane konstrukcje pociągów wielkich prędkości zaczynają z nimi konkurować [1].
b) Utrzymanie – Maglev ze względu na beztarciowy charakter poruszania się nie powodują zużycia ściernego poszczególnych elementów. Eksploatacja elektroniki jest na podobnym poziomie jak w obecnie stosowanych samolotach. Kolej magnetyczna jest uważana za tańszą i skuteczniejszą w eksploatacji od kolei standardowej [1].
c) Warunki pogodowe – kolei magnetyczna nie jest wrażliwa na zmiany pogody (wyjątkiem są wielkie kataklizmy niszczące całą infrastrukturę).
d) Adaptacja – kolei magnetyczna nie może korzystać z już istniejącej infrastruktury (w przeciwieństwie do nowoczesnej kolei wielkich prędkości). Budowa zaawansowanej technicznie trasy dla Maglev’u jest bardzo droga i czasochłonna.
e) Wydajność – wydajnośc Maglev’u w większości zależy tylko od wielkości oporu powietrza (dlatego konstruuje się składy o bardzo opływowych kształtach) [10].
f) Waga – waga elektromagnesów wszystkich technologii jest największym problemem. Każdy lewitujący skład musi unieść, również sam elektromagnes. Zwiększając jego wielkość (masę) zwiększa się pole magnetyczne. Dlatego należy używać elektromagnesów, które są wstanie wyindukować pole magnetyczne, a same stosunkowo mało ważą. Kolejnym problemem jest, że większa masa pociągu zwiększa jego zużycie i zapotrzebowanie na energię elektryczną (jednym z rozwiązań jest stosowanie nadprzewodników).
g) Dźwięk – kolei magnetyczna jest cichsza od kolei klasycznej. Szum wynika tylko i wyłącznie z oddziaływania pociągu z powietrzem.
h) Systemy kontroli – wielkie prędkości jakie osiąga kolei magnetyczna zmusiły do zastosowania praktycznie w pełni zatomatyzowanych systemów kontroli. Przy wielkich prędkościach reakcje ludzkie są zbyt wolne. Dlatego większość czynności podejmowanych przez pociąg jest powtarzalna i pozbawiona przypadkowych błędów.

Historia pokonywania kolejnych barier prędkości: [11]

1971 – Prinzipfahrzeug: 90 km/h (Republika Federalna Niemiec)
1971 – TR-02 (TSST): 164 km/h (Republika Federalna Niemiec)
1972 – ML100: 60 km/h (Japonia)
1973 – TR04: 250 km/h (Republika Federalna Niemiec)
1974 – EET-01: 230 km/h (Republika Federalna Niemiec)
1975 – Komet: 401 km/h (Republika Federalna Niemiec)
1978 – HSST-01: 308 km/h (Republika Federalna Niemiec)
1978 – HSST-02: 110 km/h (Japonia)
1979 – ML-500R: 504 km/h (Japonia) – pierwszy raz w historii przekroczono 500 km/h
1979 – ML-500R: 517 km/h (Japonia)
1987 – TR-06: 406 km/h (Republika Federalna Niemiec)
1987 – MLU001: 401 km/h (Japonia)
1988 – TR-06: 413 km/h (Republika Federalna Niemiec)
1989 – TR-07: 436 km/h (Republika Federalna Niemiec)
1993 – TR-07: 450 km/h (Niemcy)
1994 – MLU002N: 431 km/h (Japonia)
1997 – MLX01: 531 km/h (Japonia)
1997 – MLX01: 550 km/h (Japonia)
1999 – MLX01: 548 km/h (Japonia)
1999 – MLX01: 552 km/h (Japonia) – oficjalny rekord Guinness’a
2003 – Transrapid SMT: 501 km/h (Niemcy/Chiny)
2003 – MLX01: 581 km/h (Japonia) – oficjalny poprawiony rekord Guinness’a [12]

Szczegółowy opis technologii Maglev znajdzie się w drugiej części (ciąg dalszy nastąpi).

Bibliografia:

[1] USJ Maglev: http://www.usjmaglev.com/usjmaglev/Technology.html
[2] MagLev: http://www.supraconductivite.fr/en/index.php?p=applications-trains-maglev-more
[3] Magnet Lab: http://www.magnet.fsu.edu/education/tutorials/magnetacademy/superconductivity101/maglev.html
[4] IC Reporter, Obituary – „Professor Eric Laithwaite”: http://www.imperial.ac.uk/publications/reporterarchive/0055/feat03.htm
[5] The Guardian – „Nasa takes up idea pioneered by Briton – Magnetic levitation technology was abandoned by government”: http://www.theguardian.com/uk/1999/oct/11/timradford
[6] Daily Telegraph – „Obituary for the late Professor Eric Laithwaite”: http://keelynet.com/gravity/laithobi.htm
[7] BBC News – „The magnetic attraction of trains”: http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/488394.stm
[8] http://www.ndr.de/regional/niedersachsen/emsland/transrapid295.html
[9] The Wall Street Journal – „High-Speed Rail Approaches Station”: http://online.wsj.com/news/articles/SB10001424052748704762904575024611266446690?mg=reno64-wsj&url=http%3A%2F%2Fonline.wsj.com%2Farticle%2FSB10001424052748704762904575024611266446690.html
[10] Transrapid – „Transrapid claims to use a quarter less power at 200 km/h (120 mph) than the InterCityExpress”: http://www.transrapid.de/cgi-tdb/en/basics.prg?session=9be8fa13451ed8b9&a_no=47
[11] wikipedia.org
[12] Guinness world records – The fastest maglev train: http://www.guinnessworldrecords.com/records-1000/fastest-maglev-train/