Balonima u svemir

Balon je najjeftinije prijevozno sredstvo; danima može lebdjeti na željenoj visini i slati nam podatke.

Požutjele stranice skrivaju puno zaboravljenih znanja
Članak
0Komentari
Broj otvaranja911


Rubrika Škrinjica donosi vam tekstove od prije nekoliko desetljeća, kao osvrt i podsjetnik na neka druga vremena u kojima su se ljudi također bavili znanošću ali malo drugačije negoli je to danas običaj. Odabrali smo tekstove koje su nekada pisali naši prijatelji i kolege od kojih smo učili kako se baviti znanošću, ali i kako bismo ih izvukli iz zaborava. Nadamo se da ćete uživati čitajući ih.

Tekst je napisao Goran Hudec, a objavljen je u časopisu Galaksija, broj 7, 1972. godine.

Da li ste se ikada zapitali da li je balonima, koje smo u ovo atomsko doba svi već izbrisali sa popisa ozbiljnih transportnih sredstava, moguće naći mjesto u istraživanju svemira? Oni su, pored satelita, raketa i aviona, ostali u svakodnevnoj upotrebi. Međutim, šteta je što se malo razmišlja o njihovoj upotrebi u astronautici.

Naslovnica Galaksije broj 7 iz 1972. godine.
Balonima u svemir

Balon je najjeftinije prijevozno sredstvo; danima može lebdjeti na željenoj visini i slati nam podatke. Uostalom, meteorolozi će vam reći da balončić opskrbljen malom radio-stanicom predstavlja nezamjenjiv izvor podataka o kretanju zračnih struja, njihovoj temperaturi, sastavu atmosfere i, naravno, o    sopstvenom kretanju. A riječ je o vrlo jednostavnim i jeftinim najlonskim vrećama ispunjenim vodikom, na koje te može pričvrstiti svašta.

Automatske međuplanetarne stanice

Pogledajmo sada na trenutak naš pristup istraživanju drugih planeta, posebno onih koje imaju nešto što u astronomskom smislu nazivamo atmosferom - dakle, Venere i Marsa, te svih vanjskih planeta. Postoje tri načina istraživanja, od kojih se počinje sa automatskom stanicom. Ona, naprosto, proleti dosta blizu planete i u nekoliko dana pokuša snimiti par fotografija sa više detalja nego što ih možemo vidjeti sa Zemlje, te izvršiti uobičajena mjerenja: ionizacija, magnetsko polje, radioaktivna zračenja, spektroskopska analiza itd. Takvi su bili pokušaji iz serije "Mariner" (2-7), prema Marsu i Veneri, i "Pioneer-10", koji je još na putu prema Jupiteru.

Slijedeća faza je bilo spuštanje na površine planeta korištenjem aerodinamičkog kočenja, odnosno padobrana, identično kao prilikom povratka nekog satelita ili svemirskog broda na Zemlju. Tu se sjećamo uspjeha sovjetskih sondi tipa "Venera" (4-8) i "Marsa" (2 i 3).

Kritičan faktor: vrijeme

Najkritičnija faza je precizan ulazak u atmosferu, jer je potrebno pogoditi koridor spuštanja širok nekoliko desetaka kilometara, slično kao kada se astronauti vraćaju sa Mjeseca. Ali ovdje je problem bitno složeniji, jer je proračune praktički nemoguće izvršiti na Zemlji, s obzirom da definitivne korekcije putanje treba izvršiti u posljednjih nekoliko sati leta, a vrijeme za koje odgovor na informaciju stigne nazad na automatsku stanicu iznosi preko dvadeset minuta, plus vrijeme potrebno za izračunavanje. Kod "Marsa" 2 i 3 proračun i izvođenje korektura putanje vršio je kompjuter na samoj automatskoj stanici, a o svojim odlukama samo obavještavao "glavnokomandujuće" na Zemlji. Radi se očigledno o vrlo visokom stupnju automatizacije vezanom za složene sisteme mjerenja koja automatska stanica sama obavlja, obrađuje podatke u vlastitoj računskoj jedinici, te određuje i izvršava potrebne manevre.

Još složeniji su problemi ulaska automatskih stanica na orbitu oko neke planete. I ovdje vrijeme komuniciranja sa svemirskom letjelicom predstavlja kritični faktor. Dodatni stepen je raketni motor, potreban za usporavanje do prve kozmičke brzine za dotični planet. Ono iznosi od nekoliko kilometara u sekundi (ako je riječ o Marsu ili Veneri) do nekoliko desetaka kilometara u sekundi (za Jupiter ili Saturn), pa letjelica, grubo rečeno, mora biti nekoliko (Mars i Venera) do više stotina puta (Jupiter i Saturn) teža nego automatska stanica koja samo proleti pored planeta. A to zahtijeva adekvatno jaču raketu koja automatski stanicu diže sa Zemlje. I ovdje su zabilježeni uspjesi: američki "Mariner-9" i sovjetski "Mars" 2 i 3 već gotovo godinu dana kruže oko "Crvene planete".

Nesumnjiva prednost balona

Dok stanica na površini daje podatke (sastav tla, sastav atmosfere, temperatura) o svojoj najbližoj okolici, praktički slučajno odabranoj, satelit daje iste podatke kao i automatska stanica koja samo proleti pored planete, ali iz znatno veće blizine - sve dok se neki od uređaja ne pokvari. Naravno, obje vrste podataka su nam dragocjene. Postavlja se pitanje kakve bi podatke mogli dobiti od balona na različitim visinama u atmosferi planeta. Adekvatne onima iz satelita, ali iz veće blizine, a dopunjene detaljnim podacima o kretanjima u atmosferi, sastavu atmosfere na pojedinim visinama, temperaturi i slično; uz to, balon može funkcionirati praktički isto tako dugo kao i satelit.

Uvesti balon na njegovu određenu visinu u atmosferi vjerojatno nije ništa teže nego spustiti sondu na površinu planete. Balon bi morao imati štit za aerodinamičko kočenje i sistem padobrana koji bi stabilizirali brzinu pada toliko da trenje kroz atmosferu ne bi moglo oštetiti balon. Na željenoj visini balon bi trebalo odvojiti od štita i padobrana, i on bi se uskoro stabilizirao na predviđenoj visini.

Plastični balon s instrumentima za ispitivanje kozmičkih zraka u višim zračnim slojevima Zemlje.
U atmosferu Venere ili Jupitera bio bi lansiran potpuno drugačiji balon, ali je princip rada isti.
Postoji još jedna prednost balona. Površina većine planeta je vrlo nepogodna za istraživanje. Na primjer, na Veneri su temperature na površini oko 500 °C, pa je dugotrajan rad instrumenata moguć samo uz komplicirane i teške uređaje za hlađenje (i pored toga "Venere-8" funkcionirala je svega pedesetak minuta). Ode li se pedesetak kilometara u visinu, taj problem lako otpada, jer temperatura iznosi svega oko 25 stupnjeva. U tom slučaju, balon bi lebdio ispod gornjeg sloja oblaka. Osim podataka o površini koji bi se dobijali infracrvenom fotografijom (normalno snimanje nema nikakvog smisla, jer je na Veneri suviše mračno) ostaje divna mogućnost snimanja reljefa eho-sondama, na isti način kako se na Zemlji snimaju reljefi morskog dna.

Baloni u atmosferi Jupitera

Možda na ovom primjeru Venere, iako postoji pritisak do 100 atmosfera pa postoji mogućnost ubacivanja balona na različite visine, ne dolaze do izražaja sve prednosti balona. Okrenimo se zato nešto dalje u svemir, prema Jupiteru. Spuštanje automatskih stanica na površinu je gotovo iluzorno, jer je ona pokrivena atmosferom u tekućem pa i čvrstom stanju. Problematično je i lansiranje satelita u orbitu oko Jupitera, jer bi bila potrebna raketa poput "Saturna-V" da se kakav manji satelit zakoči i smjesti na nisku orbitu. Ostaje jedino da se riješi problem čime da se takav "Saturn-V" lansira do Jupitera. Izgleda, zato da su baloni u Jupiterovoj atmosferi jedina mogućnost za neka ozbiljnija istraživanja.

Vidimo da baloni u atmosferi imaju smisla kao stanica za istraživanja koja mogu dati čitav niz značajnih podataka, a da su, nasuprot tome, njihovi troškovi lansiranja bliži cijeni stanica koje se spuštaju na površinu i znatno niži od troškova satelitske stanice. Oni, dakle, imaju perspektivu. Međutim, pod terminom balon za takvu stanicu ne treba zamišljati balon sa pletenom košarom ispunjen vodikom ili helijem, kakve vidimo na litografijama iz 18. i 19. stoljeća.

Više podmornica nego balon

Ti baloni će sigurno izgledati sasvim drugačije, jer bi njihov oblik a i funkcioniranje bili mnogo bliži onima kod podmornice. Tijelo koje lebdi u atmosferi ili tekućini izvjesne gustoće ima istu zapreminsku težinu. Kod atmosfere kao što je naša, sa pritiskom od jedne atmosfere, zapreminska težina iznosi približno 1,4 kg po kubnom metru. Ako želimo da se balon sa izvjesnim teretom na zemlji digne, on mora biti zapreminski nešto lakši od atmosfere. Dakle, ukupna težina balonske vreće i tereta mora biti manja od težine istisnutog zraka, kao što je ustanovio Arhimed, doduše za vodu. Radi male gustoće atmosfere baloni na Zemlji su ogromnih dimenzija, ispunjeni vodikom ili helijem da bi mogli lebdjeti.

Slične balone jedva da bi mogli i zamisliti na Marsu, gdje je atmosfera još mnogo rjeđa od naše. Do sada konstatirani pritisci na Veneri su prosječno oko 100 atmosfera, što znači da bi za isti korisni teret trebalo imati balon toliko puta manjeg volumena. U tako gustoj atmosferi bi gotovo lebdio balon od balze, najlakšeg drveta, a komad stiropora bi velikom brzinom odletio nagore. Uz uslov da velik vanjski pritisak ne dovede do gnječenja, već se krećemo kod problematike podmornica.

Kada bi na Jupiter lansirali našu, zemaljsku podmornicu da lebdi kao balon, ona bi bila zgnječena poput prazne ljuske jajeta. Međutim, postavlja se pitanje da li takav balon - odnosno podmornica - mora biti iznutra šupalj ili je jednostavnije naprosto ga izraditi iz punog materijala određene specifične gustoće. Obzirom na pritisak, gustoću atmosfere i temperaturu, problemi lansiranja "balona" u atmosfere Venere i Jupitera znatno se razlikuju.

Možemo zamisliti da bi za oko 200 kilograma tereta i instrumenata balon za Veneru bio promjera dva do tri metra, sa metalnim oklopom ispunjenim nekom prostornom konstrukcijom, možda od plastike, iz koje bi virile antene i mjerni instrumenti. Druga mogućnost bi bila da se u toku ulaska u atmosferu takva kugla ispunjava specifično laganim plinom iz specijalnih spremnika, tako da razlika pritiska u atmosferi i balonu ne bude nikada toliko velika da dovede u pitanje stabilitet plašta.

Bez komentara
Želiš komentirati? Klikni!