Kosmiczne wyzwania. Jak budować statki kosmiczne, dogonić kometę i rozwiązywać galaktyczne problemy ebook

Wstęp

Cześć, nazywam się Artur Bartosz Chmielewskii jestem inżynierem. Kiedy się urodziłem, mój tata pomyślał, że zabawnie będzie nadać mi imiona, które wraz z nazwiskiem dadzą inicjały ABC.

Tata, którego być może znasz jako autora przygód Tytusa, Romka i A’Tomka, zawsze chciał, żebym zajmował się sztuką. Wysyłał mnie nawet na warsztaty, na których miałem się nauczyć mieszać farby, zrozumieć, czym jest perspektywa i co to właściwie ten światłocień. Z tamtej nauki niewiele wyszło, ale zostało mi jedno: w miejscu, w którym pracuję, Jet Propulsion Laboratory (JPL), czyli Laboratorium Napędu Odrzutowego NASA, wszyscy używają skrótu mojego imienia i mówią do mnie po prostu Art, co po angielsku oznacza właśnie „sztuka”.

Wiecie, co jest najfajniejsze w pracy dla wielkiej agencji kosmicznej? Wyzwania. To, że muszę wymyślić, jak rozwiązać problem, którego jeszcze nikt nigdy nie rozwiązał. Na przykład jak zbudować nadmuchiwany teleskop kosmiczny i czym go nadmuchać, skoro w przestrzeni kosmicznej nie ma powietrza.

Takim wyzwaniem jest też książka, którą właśnie czytasz. Chciałbym ci pokazać, że nauką może być wszystko, co robisz, a wiedza jest wszędzie, dosłownie wszędzie. I że każdy problem da się rozwiązać, jeśli tylko będziesz starać się to zrobić, zamiast szukać powodów, by odpuścić. Chcę ci opowiedzieć o pięknie wszechświata. O tym, jaką czuje się dumę, gdy rakieta kosmiczna wynosi poza atmosferę instrument, który budowało się całymi latami, i gdy ten instrument pomaga lepiej poznać świat. Ale przede wszystkim zamierzam ci podpowiedzieć, jak wykorzystać wrodzoną kreatywność, by tworzyć urządzenia i technologie, które zmienią naszą rzeczywistość. Mam nadzieję, że po przeczytaniu tej książki nigdy się nie poddasz, rozwiązując problem, ale powiesz: „Wystarczy pokombinować”.

Jestem głęboko przekonany, że czasami warto nie słuchać innych i wybrać własną drogę. Bo jeśli będziesz mieć takie szczęście jak ja i spełnisz swoje dziecięce marzenia, to nawet pracując bardzo ciężko, nie przepracujesz ani jednego dnia, bo pasja nawet najbardziej żmudne zajęcie potrafi zmienić w fascynującą zabawę. Nazywam się Art Chmielewski, jestem inżynierem NASA, a to jest moja historia rozwiązywania kosmicznych problemów.

Nie był wielki. Wyglądał jak stojąca na trzech nogach łódka ze zwisającymi po bokach żaglami. Miał kilka prostych urządzeń do badania gruntu, pogody i pola magnetycznego oraz aparat fotograficzny, który dziś z pewnością uznalibyśmy za przestarzały. Nad tym wszystkim górowała niewielka antena, która wysyłała dane w kilkuminutową podróż na Ziemię. A jednak urządzenie, o którym mowa, sprawiło, że ze studenta fizyki chciałem się zmienić w inżyniera i obiecałem sobie, że zrobię wszystko, żeby samemu budować takie maszyny.

Byłem na pierwszym roku studiów na Uniwersytecie Michigan w mieście Ann Arbor, gdy na Czerwonej Planecie wylądowały sondy Viking 1 i Viking 2, które pokazały Ziemianom, jak wygląda nasz kosmiczny sąsiad. Zdjęcia były niesamowite: czerwona marsjańska gleba, kolor nieba różowy w ciągu dnia i niebieski o zachodzie słońca, piaszczyste połacie usiane wydmami, kratery… Cały wielki kosmiczny świat, tak odległy, a jednak tak nam bliski. Byłem podekscytowany. Czytałem każdą informację, jaka ukazała się o Vikingach, szukałem w telewizji programów, w których opowiadano o misji. Cały mój świat zaczął się kręcić wokół Marsa. Do tego stopnia, że gdy nauczycielka angielskiego poleciła mi napisanie eseju opowiadającego o emocjach, też napisałem o Vikingach. Bo cóż mogło być bardziej emocjonującego niż wysłanie sondy na inną planetę? Wtedy właśnie dotarło do mnie, że chcę spełnić swoje marzenie z dzieciństwa i budować statki kosmiczne! Konstruować sondy, które odkryją przed ludźmi piękno Wszechświata i zainspirują kolejne pokolenia odkrywców. Zupełnie tak jak zdjęcia przesłane przez Vikingi zainspirowały mnie. A gdzie najlepiej podjąć się takiej misji? Oczywiście w miejscu, w którym narodziły się Vikingi, czyli w Jet Propulsion Laboratory (JPL) – Laboratorium Napędu Odrzutowego NASA w Kalifornii. Znalazłem cel, który tak naprawdę pukał do mojego życia od dzieciństwa, gdy zainspirowany lądowaniem na Księżycu, robiłem własne lądowniki i spuszczałem je na ziemię z okna pokoju.

Czasami w nocy zakradałem się na dach bloku, w którym mieszkaliśmy, i spuszczałem je na dół z wysokości czterech pięter. Gdy już opanowałem lądowanie z tej wysokości, zacząłem spuszczać lądownik z pobliskiego budynku liczącego sobie aż dziesięć pięter. To było niebezpieczne. Raz rodzice przyłapali mnie na gorącym uczynku i za wychodzenie na dach wieżowca dostałem karę – mama nie pozwoliła mi obejrzeć finału mistrzostw świata w piłce nożnej.

Właśnie przez Vikingi porzuciłem studia z fizyki i przeniosłem się na inżynierię. W każde wakacje odbywałem praktyki, między innymi w fabryce Forda w Detroit, zresztą pracowałem w każdym miejscu, które chciało mnie przyjąć i w którym mogłem poznać w praktyce tajniki inżynierii.

W Fordzie najprzyjemniejszym momentem dnia był lunch, czyli przerwa na drugie śniadanie. Nie, nie dlatego, że tak świetnie karmili. Po prostu dyrektorowi firmy zależało, by jego inżynierowie byli zawsze na bieżąco i dobrze wiedzieli, co robi konkurencja. Dlatego codziennie przed lunchem szliśmy na wielki parking, na którym stały samochody różnych marek, i odbywaliśmy przejażdżki. Najeździłem się wtedy jeepami, chevroletami, a nawet superszybkimi autami produkowanymi przez Porsche. Wielu inżynierów czaiło się na czerwone ferrari. Ja na parkingu dokonałem odkrycia. Raz pracowałem nad osiami dla pikapów, czyli małych półciężarówek, więc chciałem się przejechać takim samochodem. Na parkingu stał tylko jeden, chyba najohydniejszy w całym Detroit. Każdy fragment karoserii miał inny kolor, części maski były pogniecione i wycięte. W środku wyrwano całą tapicerkę, do tego z różnych miejsc wystawały jakieś stalowe ramki o niewiadomym przeznaczeniu. Chyba nikt dotąd nie wziął tego biedaka na przejażdżkę, bo i po co, skoro obok stały porsche i ferrari…

Ale ta półciężarówka była księciem zamienionym w żabę. Okazało się, że kiedyś inżynierowie Forda pracowali nad wyścigowym silnikiem do mustanga, najbardziej kultowego samochodu, jaki zjechał z taśm produkcyjnych firmy. A ponieważ silnika nie trzeba koniecznie testować w aucie, do którego jest przeznaczony, to wstawili go do tego pikapa, który gdy przestał być potrzebny, rdzewiał zapomniany na parkingu. Gdy tylko usiadłem za kółkiem, zdałem sobie sprawę, że to rumak pod skorupą żółwia. Auto było tak szybkie, że musiałem dotykać pedału gazu bardzo ostrożnie i delikatnie, żeby nie podrzucało przednich kół!

Raz na czerwonym świetle stanął obok mnie czarno-czerwony kabriolet Corvette. Wspaniały sportowy samochód. Kierowca spojrzał na mnie pogardliwie, ale gdy światło zmieniło się na zielone, ja w krótką chwilę znalazłem się 100 metrów przed nim! Zdenerwował się nie na żarty i gdy w końcu mnie dogonił, krzyknął:

– Co za potwora masz w tym śmieciu?

– To tylko napęd odrzutowy – zażartowałem.

Napęd odrzutowy przypomniał o sobie, gdy nadszedł koniec studiów i musiałem się rozejrzeć za stałym zatrudnieniem.

W Stanach Zjednoczonych uczelnie pomagają studentom znaleźć pracodawcę. Aranżują spotkania i kupują bilety lotnicze. W moim wypadku Uniwersytet Michigan wytypował kilkanaście firm, z których wybrałem 11. Wszystkie co do jednej w Kalifornii. Miałem w tym swój cel. Latałem do Kalifornii i za każdym razem rano szedłem na rozmowę o pracę, a po południu jechałem do Pasadeny, aby spróbować się dostać do wspomnianego JPL, czyli Centrum NASA budującego statki międzyplanetarne. Stałem tak ze swoim CV w ręku, przyglądając się tym wszystkim zabieganym ludziom i mając nadzieję, że kiedyś do nich dołączę, jednak nikt nie zwracał na mnie uwagi. Absolutnie nikt. Wszystkie inne zaaranżowane przez uczelnię rozmowy o pracę poszły mi świetnie – dostałem dziesięć ofert, powinienem być z siebie dumny – ale to w JPL pragnąłem pracować najbardziej na świecie!

Wybrałem się do Pasadeny po raz ostatni. Znowu stałem z dokumentami w ręku i miałem nadzieję, że ktoś znajdzie dla mnie czas. Wreszcie podszedł do mnie pewien bardzo strapiony mężczyzna, który – zdaje się – wziął mnie za kogoś innego. Nie licząc na wiele, wręczyłem mu swój życiorys. Przeglądał go w milczeniu i nagle się ożywił.

– Pracowałeś w Fordzie? – zapytał, a ja przytaknąłem. – I naprawdę potrafisz zbudować samochód? Stary, masz tę robotę!

Oniemiałem. Dosłownie. To ja rozpaczliwie próbuję dostać się do NASA, a tu moją przepustką okazuje się wakacyjna praca w Fordzie? Jak to? Wtedy nie wiedziałem, że JPL otrzymało zlecenie zbudowania samochodu elektrycznego na podstawie technologii NASA i nikt, absolutnie nikt nie wiedział, jak się do tego zabrać. Ci ludzie budowali sondy kosmiczne, łaziki, projektowali wielkie misje, ale żaden z nich nie zajmował się samochodami. W ten sposób, nieco okrężną drogą, dostałem się do JPL. Byłem dumny jak paw i włożyłem mnóstwo pracy w skonstruowanie samochodu elektrycznego. Szkoda tylko, że cały projekt zakończył się wielką klapą…

Nasz samochód okazał się supersprawny, dobrze się prowadził i w dodatku był w pełni ekologiczny. Pokazaliśmy go nawet na wystawie, na której prezentowane są najnowsze auta oraz wozy koncepcyjne, i zebraliśmy spore brawa, mimo to program został zakończony bez podania wyraźnej przyczyny. Może początek lat osiemdziesiątych XX wieku to nie były jeszcze czasy na samochody elektryczne? Szkoda, bo niewykluczone, że dziś zamiast pojazdów Tesli po drogach jeździłyby auta sygnowane JPL.

Jak widzicie, moje początki w wymarzonym Laboratorium Napędu Odrzutowego wcale nie były proste. Bo gdy wreszcie przekroczyłem progi NASA, pierwszy projekt, przy którym pracowałem, został przerwany.

Już niedługo jednak miałem pracować przy łazikach marsjańskich i sondach, które odkrywały tajemnice gazowych olbrzymów, projektować misję, która zakończy się lądowaniem na komecie, i codziennie rozwiązywać problemy kosmiczne, co do tej pory sprawia mi radość. Nauczyłem się też myśleć jak inżynier, nie poddawać się mimo trudności oraz szukać pomocy w najbardziej zaskakujących miejscach.

Co to jest lądownik i gdzie tak naprawdę wyląduje?

Lądownik to część statku kosmicznego, która po oddzieleniu się od statku matki ląduje na powierzchni ciała niebieskiego. W dzieciństwie budowałem lądowniki różnych rozmiarów, zmieniałem konstrukcję i proporcje. Niektóre były zbyt lekkie i gdy zrzucałem je z dachów, porywał je wiatr. Podobnie jest w przestrzeni kosmicznej: w poszczególnych miejscach panują różne warunki, do których należy dostosować sposób lądowania.

Lądownikto część statku kosmicznego, która po oddzieleniu się od statku matki ląduje na powierzchni ciała niebieskiego.

Przed lądowaniem naukowcy i inżynierowie NASA muszą ustalić, w jakiej okolicy chcą wylądować. Okolica ta musi być dość płaska, bez dużych głazów czy zboczy. Trudno znaleźć takie obszary na ciałach niebieskich zwykle pokrytych kraterami. Nie umiemy jeszcze wylądować dokładnie tam, gdzie chcemy, w taki sposób, jakbyśmy parkowali samochód. NASA dopiero pracuje nad technologią, którą nazywamy pinpointlanding, czyli „lądowanie na główce szpilki”. Obecnie nawet gdy dokładnie wyznaczymy na Marsie miejsce lądowania, to i tak prawdopodobnie nasz pojazd zetknie się z powierzchnią planety kilkadziesiąt, a nawet kil­kaset metrów dalej. Nie wiemy, gdzie dokładnie trafimy, ale znamy tak zwaną elipsę lądowania, w środku której znajduje się nasz cel. Dlaczego jest to elipsa, czyli spłaszczone koło? Istnieje wiele powodów. Na przykład:

– nie znamy dokładnej prędkości, z jaką lądownik osiada na planecie;

– nie wiemy, jakie są wiatry w atmosferze;

– nie wiemy, w jaki sposób będzie się spalać tarcza termiczna chroniąca lądownik;

– nie wiemy, pod jakim dokładnie kątem statek wpadnie w atmosferę.

Te wszystkie niewiadome sprawiają, że punkt lądowania zamienia się w obszar o kształcie elipsy. Żeby to lepiej zrozumieć, przeprowadźmy doświadczenie.

Zadanie

Lądowanie na Marsie

Potrzebne będą:

30 monet o niskich nominałach (od grosza do 50 groszy);

moneta pięciozłotowa;

ręcznik.

Rozłóż ręcznik na podłodze, tuż obok stołu. Będzie udawał powierzchnię Marsa.

Na ręczniku, jakieś 30 centymetrów od krawędzi blatu, umieść monetę pięciozłotową. To nasz punkt lądowania, w który celujemy.

Monety to lądowniki. Połóż pierwszą z nich na samym brzegu stołu i daj jej odpowiedniego prztyczka, żeby wylądowała na pięciozłotówce. Nie udało się? To weź drugą, potem trzecią i tak dalej. Na końcu eksperymentu będziesz mieć 30 monet rozsypanych dookoła pięciozłotówki.

Jaki kształt utworzyły rozsypane monety? Jak myślisz, co należy zrobić, żeby upadały jak najbliżej celu lądowania? Wystarczy pokombinować! Odpowiedzi znajdziesz na końcu książki.

Zabawmy się w inżynierów kosmicznych i spróbujmy się zastanowić, jak posadzić lądownik w różnych miejscach Układu Słonecznego. Zacznijmy od naturalnego satelity Ziemi, czyli od Księżyca.

Lądowanie na Księżycu

Grawitacja na Księżycu jest sześciokrotnie mniejsza niż na Ziemi.