Smáeldflaugar taka fram úr risunum

Hæð þeirra og þyngd er aðeins brot af risum geimferðanna. Engu að síður kjósa vísindamenn þessar eldflaugar þegar þeir rannsaka háloftin sem risarnir þjóta í gegnum. Og þessar litlu ofurhetjur birtast nú á himninum í langtum meiri mæli en nokkru sinni fyrr.

BIRT: 26/01/2022

LESTÍMI:

5 mínútur
Share on facebook

Með hæð sem nemur einungis 10 metrum og 2.000 kg þyngd eru svokallaðar smáeldflaugar einungis brot af heimsins stærstu eldflaug, Falcon Heavy. Og nú spretta þær fram á sjónarsviðið í tugatali.

 

Þessar litlu eldflaugar geta nefnilega rannsakað háloftin sem stærri bræður þeirra þeysast í gegnum og eru jafnframt bæði ódýrar og það tekur ekki langan tíma að framleiða þær.

 

Ólíkt stærri eldflaugaleiðöngrum sem getur tekið áratugi að undirbúa, geta smáeldflaugar með sérhæfðum búnaði verið tilbúnar á fáeinum mánuðum.

 

Þessi litlu farartæki eru því tilvalin þegar leysa skal afmarkað verkefni. Og þetta nýta vísindamenn sér nú í miklum mæli.

 

Tölur sýna að fjöldi smáeldflauga hefur aukist mikið á síðari árum. Árið 2015 voru 20 slíkar í vinnslu á heimsvísu. Árið 2019 var talan komin í 100 – eða fimmföldun á einungis fjórum árum.

 

Smáeldflaugar snúa sér við í loftinu

Litlar rannsóknareldflaugar fljúga í bogalagaðri braut og koma til jarðar í fallhlíf. Á leiðinni upp snýr eldflaugin sér við til að sjónaukinn um borð fái sem frábærast útsýni út í geiminn.

Gasstútar snúa eldflauginni

Nærri toppnum á skotbraut flaugarinnar ræsist svonefnt „Altitude Control System“ eða lofthæðarstýrikerfi og litlir stútar skjóta köldu gasi út til hliðanna. Þá snýst flaugin við í loftinu.

Gúmmíefni og málmar knýja flaugina áfram

Mótorarnir brenna áli blönduðu með afbrigði af efninu butandien sem er notað við framleiðslu á gúmmíi. Heitt gas þrýstist út af við mikinn hraða og knýr flaugina áfram.

Stýrivængir snúa eldflauginni og halda henni stöðugri á braut

Loftið þrýstir á stýrivængi flaugarinnar og hún snýst fyrir vikið um eigin öxul. Þetta er gert til að hún rási ekki til hliðanna og haldist ævinlega stöðug á braut sinni.

Sjónaukar skyggnast út úr skuti flaugarinnar

Margvíslegum mælitækjum er komið fyrir í flauginni, t.d. stjörnusjónauka. Sjónaukinn snýr í fyrstu niður en þegar flaugin snýr sér við opnast lúga og hann fær frábært útsýni.

Flaugin lendir í fallhlíf

Sjónaukinn safnar gögnum í nokkrar mínútur efst í skotferli eldflaugarinnar. Síðan nær þyngdarkrafturinn yfirhöndinni og eldflaugin fellur niður með fallhlíf sem breiðir úr sér út úr trjónu flaugarinnar.

 

Smáeldflaugar hafa nú þegar kortlagt hvaðeina frá heimskautaljósinu til gata í ósonlaginu.

 

Og nú útvíkkar bandaríska geimferðastofnunin NASA sviðið þegar hún sendir á næsta ári smáeldflaug sem nefnist SISTINE á loft til að beina sjónaukanum að stjörnukerfinu Alpha Centauri, nágranna okkar.

 

Farartækinu er ætlað að rannsaka fölsk ummerki lífs og þar með fylla upp í umtalsvert gat í núverandi þekkingu manna.

 

Fljúgandi rannsóknarstofur

Smáeldflaugar eru alls ekki ný uppfinning. Grundvallartækni við smíði þeirra var þróuð fyrir 75 árum þegar BNA lagði hald á um 100 af svokölluðum V2-eldflaugum í Þýskalandi við lok síðari heimsstyrjaldarinnar.

 

Vélar eldflauganna brenna blöndu af etanóli, vatni og fljótandi súrefni sem gerir þeim kleift að ná hröðun í 65 sekúndur og hæð sem nemur 80 km.

 

V2-eldflaugarnar voru upprunalega búnar sprengjum í trjónunni en bandarískir verkfræðingar fjarlægðu sprengjurnar og komu ýmsum mælitækjum fyrir í stað þeirra.

 

Þannig gátu vísindamenn nýtt eldflaugarnar til að rannsaka lofthjúpinn nánar.

 

Það gerðu þeir m.a. til þess að ráða í hvernig norðurljósin myndast vegna rafhlaðinna agna sem sólin sendir í sífelldu til jarðar – svokallaður sólvindur.

 

Komdu í ferðalag með smáeldflaug að jaðri geimsins

Árið 2011 setti NASA tvær myndavélar á smáeldflaug sem flaug að jaðri geimsins og safnaði m.a. gögnum um orkuframleiðslu sólarinnar. Fylgstu með alla leið frá flugtaki til lendingar.

Núna fljúga smáeldflaugar rétt eins og V2 gerðu ennþá í svokallaðri skotfræðilegri braut upp og niður aftur eins og U, á hvolfi.

 

En búið er að þróa smáeldflaugarnar þannig að nú eru þær afar mjóslegnar og innihalda nákvæm rannsóknarmælitæki. Þær taka á loft með nákvæmlega mældu magni af föstu eldsneyti innanborðs.

 

Eldflaugarnar eru jafnan sendar af stað á um 12.800 km/klst. hraða – um helmingi þess hraða sem þarf til að fara á sporbraut um jörðu.

 

Hraðinn er stilltur nákvæmlega þannig að eldflaugarnar geti rannsakað svæðið á milli 48 og 145 km hæð sem er of hátt fyrir veðurloftbelgi en of lágt fyrir gervihnetti sem eru á braut um jörðu.

 

Á leiðinni upp snúast eldflaugarnar um eigin lóðrétta öxul til að forðast sveiflur.

 

Í 100 km hæð fer eldflaugin við jaðar geimsins – svonefnd Kármán-mörk og losar kapla með þyngdum í endunum sem að draga úr snúningi þeirra – rétt eins og þegar listdansari á skautum teygir út handleggina til að minnka snúninginn.

 

Tvær litlar eldflaugar frá NASA losuðu út gastegundir sem hvörfuðust við geislun sólar og orsökuðu þetta sjónarspil. Hreyfingar ljóssins veittu vísindamönnum nýja vitneskju um geislun í lofthjúpnum.

Efst í brautinni er mælibúnaðurinn virkjaður. Hver eldflaug er með mælitæki, t.d. sjónauka hvers þvermál er jafnan einungis 20 – 35 cm.

 

Með klæðskerasniðnum mælitækjum geta vísindamenn skerpt sýnina á sólina – eða á stjörnu sem stórir sjónaukar á sporbrautum ná ekki til.

 

Eldflauginni er snúið með gasstútum á yfirborði hennar, þannig að sjónaukarnir beinist beint að marki sínu með nákvæmni sem nemur einni bogasekúndu, þ.e.a.s. sjónaukarnir geta einblínt á punkt sem samsvarar 1/30.000 af þvermáli fulls tungls.

LESTU EINNIG

Leiðangur á að finna lífsmerki

Smá-eldflaugar hafa veitt stjarnfræðingum margar mikilvægar upplýsingar. Þeir hafa sem dæmi nýtt þær til að leggja grunninn að rannsóknum á útfjólublárri og innrauðri geislun frá sólu.

 

Þetta er ekki hægt að rannsaka á jörðu niðri þar sem lofthjúpurinnn dregur í sig geislunina sem nær því aldrei til sjónauka á yfirborði jarðar.

 

Smáeldflaugarnar eru jafnframt eins og skapaðar til að leysa verkefni sem er nú í veldisvexti: Að koma litlum gervihnöttum á braut. Núna er hægt að smíða mun minni gervihnetti en áður var raunin.

 

Rannsóknargervihnötturinn UARS sem var sendur up árið 1991, var t.d. 10 metra langur og vóg 6.500 kg en svokallaður CubeSat er einungis 10 cm langur og vegur 1,3 kg.

 

CubeSat má smíða mun hraðar og skjóta upp með langtum minni kostnaði og því má hanna þá sérstaklega fyrir hvert verkefni fyrir sig.

 

Þeir eru því vinsælir meðal loftslagsfræðinga og lofthjúpsfræðinga og jafnvel fyrir einkafyrirtæki sem sjá um fjarskipti um gervihnetti.

 

Japanska eldflaugin SS-520-2 er 9,65 m há. Árið 2018 sendi hún gervihnött á braut um jörðu og var minnsta eldflaugin til að afreka það.

Árið 2021 sendi NASA af stað leiðangur sem nefnist SISTINE sem á að skerpa leit stjarnfræðinga eftir plánetum í öðrum sólkerfum, þar sem líf kann að finnast.

 

SISTINE-eldflaugin var send 208 km upp í lofthjúpinn. Á leiðinni varpaði hún frá sér tveimur vélum sínum þannig að einungis rannsóknarbúnaður, litlir gasstútar til að stýra flauginni og trjóna með fallhlíf urðu eftir.

 

Þegar eldflaugin náði hámarkshæð opnaðist lúga í skut hennar.

 

Þessu næst snéru gasstútarnir flauginni við þannig að beina mætti sjónaukanum að þrístjörnukerfinu Alpha Centauri sem er í 4,37 ljósára fjarlægð frá sólkerfinu en þar er að finna næstu þekktu fjarplánetu, Proxima Centauri b.

 

LESTU EINNIG

No data was found

 

Sjónaukinn sem er 56 cm í þvermál mun á sama tíma rannsaka útfjólubláa geislun á bylgjulengdunum 100 – 160 nanómetrar. Þetta er ekki hægt að gera með stærri sjónaukum á sporbrautum.

 

SISTINE fangar m.a. geislun með bylgjulengdina 121 nn. Þessi bylgjulengd geislunar getur fláð koldíoxíðsameindir (CO2) í sundur.

 

Geislunin rífur kolvetnisatómin (C) laus og skilur því eftir súrefni (O2). Yfirleitt er súrefni til marks um að líf kunni að finnast á plánetu en gasið getur einnig myndast af stjörnuljósi og það á einkum við um fyrirbæri sem nefnast kyndlar.

 

Rannsóknirnar munu skipta sköpum fyrir túlkun á mælingum í framtíðinni á súrefni á fjarplánetum í stjörnukerfum sem líkjast Alpha Centauri – og munu ákvarða hvaða plánetur kunna að hýsa líf og hverjar eru helber tímasóun.

 

Litlar eldflaugar fylla himininn

Óháð því hvernig SISTINE-leiðangurinn heppnast mun þetta litla geimkapphlaup einungis halda áfram. Smáeldflaugar eru þannig ekki einungis nýttar hjá stórum stofnunum eins og NASA, heldur dúkka upp um heim allan.

 

Sem dæmi var skotið upp japönsku eldflauginni SS-520-5 sem var einungis 9,65 metrar árið 2018 og var þá minnsta eldflaugin í sögunni.

 

Og Nýja-Sjáland kom á laggirnar eigin geimferðastofnun árið 2016 þar sem unnið er að smíði Rocket Lab en þar hefur m.a. verið smíðuð hin 6 metra langa eldflaug Atea.

 

Framundan er tímaskeið þar sem hver rannsóknarstofnun og hver smágervihnöttur hefur eigin eldflaug. Meðan risavaxnar tungl- og marseldflaugar vekja mesta athygli, munu sífellt fleiri smáeldflaugar senda upp gervihnetti, prófa nýja tækni og smám saman leysa fleiri af síðustu ráðgátum manna um jörðina, sólina og geiminn.

 

BIRT: 26/01/2022

HÖFUNDUR: Jeppe Woicik

HÖFUNDARÉTTUR MYNDA: Claus Lunau,© Yang Sutie, Interstellar Technologies Inc, NASA, Nammo, EXOS Aerospace, Jaxa,

vinsælustu greinarnar

Lifandi vísindi

Lyf

Lifandi saga

Ertu áskrifandi að tímaritinu?

Áskrifendur að tímaritinu geta fengið frían aðgang að vefnum hér.

Innskráning

Ertu með áskrifandi að blaðinu?

Áskrifendur geta fengið áskrift af vefnum hér

FÁÐU AÐGANG AÐ VÍSINDI.IS

Viltu lesa greinina?

Fáðu aðgang að visindi.is

Ókeypis í 2 vikur!

Eftir það kostar eingöngu 1.390 kr. á mánuði og enginn uppsagnarfrestur.

Innifalið er aðgangur að öllum greinum á vefnum ásamt rafræna útgáfu af nýjustu tölublöðunum.

  • Fullur aðgangur að visindi.is
  • Frábærar myndir og myndbönd
  • Aðgengilegt í öllum snjalltækjum
  • Fullur aðgangur að gríðarlegu magni eldri greina
  • Nýjustu tölublöðin í rafrænu formi

Núverandi áskrifendur að tímaritinu fá að sjálfsögðu ókeypis aðgang að vefnum og þurfa bara að virkja aðgang sinn hér.

Ef þú ert þegar áskrifandi að visindi.is