Live τώρα    
19°C Αθήνα
ΑΘΗΝΑ
Ελαφρές νεφώσεις
19 °C
18.2°C20.4°C
4 BF 71%
ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ
Ασθενής ομίχλη
16 °C
13.6°C17.8°C
1 BF 82%
ΠΑΤΡΑ
Αίθριος καιρός
17 °C
17.0°C19.4°C
3 BF 69%
ΗΡΑΚΛΕΙΟ
Αραιές νεφώσεις
25 °C
22.2°C24.8°C
6 BF 38%
ΛΑΡΙΣΑ
Ελαφρές νεφώσεις
13 °C
12.9°C17.4°C
2 BF 100%
Πύραυλοι μετρήσεων για τη μελέτη του Σύμπαντος
  • Μείωση μεγέθους γραμματοσειράς
  • Αύξηση μεγέθους γραμματοσειράς
Εκτύπωση

Πύραυλοι μετρήσεων για τη μελέτη του Σύμπαντος

Η μελέτη τόσο του διαστημικού όσο και του γήινου περιβάλλοντος στηρίζεται τις τελευταίες δεκαετίες σε διαστημικές αποστολές. Με αυτές εκτελούμε επιτόπιες μετρήσεις ή/και τις εφοδιάζουμε με μέσα τηλεπισκόπησης για να παρατηρούμε από μακριά τη Γη, τον Ήλιο, τους πλανήτες και τα μακρινά αντικείμενα του Σύμπαντος. Ο σχεδιασμός και η υλοποίηση αυτών των αποστολών συνήθως διαρκούν πολλά χρόνια και απαιτούν πολύ σημαντικούς πόρους (χρηματικό κόστος, ανθρώπινο δυναμικό).

Για τον ίδιο σκοπό όμως πολύ συχνά χρησιμοποιούνται και πύραυλοι που μεταφέρουν ειδικό εξοπλισμό σε ύψη χαμηλότερα από τις τροχιές των δορυφόρων. Οι πύραυλοι μετρήσεων (sounding rockets), αν και υπόκεινται σε περιορισμούς, έχουν μια σειρά προτερημάτων και για αυτό τον λόγο έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως τις τελευταίες δεκαετίες. Μάλιστα, αποτελούν ένα από τα πιο αποτελεσματικά διαρκή προγράμματα της NASA και των υπολοίπων διαστημικών υπηρεσιών.

Τι είναι οι πύραυλοι μετρήσεων;

Ένας πύραυλος μετρήσεων αποτελείται από τρία μέρη, το σύστημα προώθησης στερεών καυσίμων, ένα σύστημα ελέγχου στο οποίο εκτελούνται οι λειτουργίες ελέγχου, τηλεμετρίας και επανάκτησης καθώς και το αμιγώς επιστημονικό φορτίο, στο οποίο βρίσκονται οι συσκευές μετρήσεων (οι οποίες αποτελούν το «πείραμα»).

Ο πύραυλος ακολουθεί παραβολική τροχιά της οποίας ο «ωφέλιμος χρόνος» μετρήσεων διαρκεί συνήθως από πέντε έως είκοσι λεπτά περίπου. Είναι ιδανικοί για τη διεξαγωγή μετρήσεων σε ύψη τα οποία είναι πολύ χαμηλά για διαστημικές αποστολές, αλλά έχουν μεγάλη σημασία για την κατανόηση του περιβάλλοντος. Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι τα μετεωρολογικά πειράματα, για τα οποία χρησιμοποιούνται πύραυλοι από τη δεκαετία του 1950.

Γιατί να σχεδιάσει κανείς μια αποστολή πυραύλου μετρήσεων;

Το κόστος υλοποίησης μιας αποστολής πυραύλου μέτρησης είναι κατά πολύ χαμηλότερο από αυτό μιας διαστημικής αποστολής. Δεδομένου ότι ο πύραυλος δεν απαιτείται να μπει σε τροχιά, η ισχύς της προώθησης είναι μικρότερη και η κατασκευή του πυραύλου λιγότερο απαιτητική. Επιπλέον, δεδομένου ότι δεν πρόκειται για συσκευές που μεταφέρουν συνεχώς δεδομένα στη Γη και έχουν περιορισμένο χρόνο πτήσης, η απομακρυσμένη διαχείριση και η τηλεμετρία είναι σημαντικά λιγότερο απαιτητικές.

Επιπλέον, λόγω της μικρής κλίμακας της αποστολής και των λιγότερων παραμέτρων που πρέπει να ληφθούν υπόψη, η διάρκεια σχεδιασμού και υλοποίησης των πυραύλων μετρήσεων είναι πολύ μικρή. Αυτό μειώνει περαιτέρω το κόστος αυτών των αποστολών. Επιπροσθέτως, ο πιο ελαστικός χρονικός προγραμματισμός επιτρέπει στους σχεδιαστές του πειράματος να μελετήσουν έκτακτα φαινόμενα, όπως το πολικό σέλας, ή φαινόμενα που πρόκειται να συμβούν σύντομα, όπως π.χ. μια έκλειψη Ηλίου. Στις διαστημικές αποστολές κάτι τέτοιο δεν είναι εύκολο, καθώς απαιτούνται, όπως αναφέρθηκε, πολλά έτη σχεδιασμού, αναζήτησης χρηματοδότησης, εταίρων κ.λπ. Ενδεικτικό παράδειγμα είναι αυτό της αποστολής Rosetta, της οποίας η σύλληψη, ο σχεδιασμός και η εκτέλεση (εκτόξευση και κυρίως φάση) καλύπτουν μια χρονική διάρκεια περίπου δύο δεκαετιών, ενώ μια αποστολή πυραύλου μετρήσεων μπορεί να πραγματοποιηθεί μέσα σε δύο με τρία χρόνια από την έγκριση του προγράμματος.

Ακόμη ένα πολύ σημαντικό πλεονέκτημα των πυραύλων μετρήσεων είναι ότι οι συσκευές που χρησιμοποιούνται για τις μετρήσεις συνήθως συλλέγονται μετά την πτήση και μπορούν να ξαναχρησιμοποιηθούν σε μετέπειτα εκτοξεύσεις. Αυτή η δυνατότητα αυξάνει την προστιθέμενη αξία των αποστολών και δίνει τη δυνατότητα παρεμβάσεων και βελτιώσεων στα πειράματα σε σύντομο χρονικό διάστημα.

Ταυτόχρονα, οι πύραυλοι μετρήσεων προσφέρουν τη δυνατότητα να δοκιμαστούν όργανα που θα γίνουν στη συνέχεια μέρος κανονικών διαστημικών αποστολών. Αυτό συνέβη στην περίπτωση της αποστολή Soho και Trace. Τα δύο αυτά διαστημικά παρατηρητήρια (από τα οποία το δεύτερο πλέον είναι εκτός λειτουργίας από το 2010) συγκαταλέγονται στις πιο επιτυχημένες διαστημικές αποστολές και έχουν αυξήσει εκθετικά τις γνώσεις μας για τον Ήλιο, σε βαθμό που φαντάζει αδιανόητο το ενδεχόμενο να μην υπάρχει κάποιο όργανο σαν αυτά στο διάστημα.

Λόγω της ευελιξίας των αποστολών πυραύλων μετρήσεων, το πρόγραμμα αυτό αποτελεί ένα μοναδικό πεδίο καινοτομίας. Ερευνητές ή ομάδες ερευνητών έχουν τη δυνατότητα να σχεδιάσουν το πείραμα που έχουν συλλάβει, να ελέγξουν και να επέμβουν στα περισσότερα στάδια του σχεδιασμού του και να εξετάσουν τυχόν βελτιώσεις. Σε αντίθεση με τις διαστημικές αποστολές, που είναι χώρος εκτεταμένης συνεργασίας πολλών εξειδικευμένων τομέων (κάτι που έχει τις δικές του θετικές επιπτώσεις), στις πυραυλικές αποστολές ο σχεδιαστής έχει συχνά την εποπτεία ολόκληρης της αποστολής.

Για τους ίδιους λόγους, οι αποστολές πυραύλων είναι ιδανικές για την εκπαίδευση νέων επιστημόνων αλλά και φοιτητών και μαθητών. Λόγω του σύντομου χρόνου υλοποίησης και του σχετικά χαμηλού κόστους, ένας νεαρός επιστήμονας έχει τη δυνατότητα, κατά τη διάρκεια της εκπόνησης μια διδακτορικής διατριβής, να ακολουθήσει όλα τα στάδια εκτέλεσης μιας τέτοιας αποστολής, από τον σχεδιασμό ώς τη λήψη και την ερμηνεία των αποτελεσμάτων. Είναι λοιπόν φανερό ότι σε αυτή την περίπτωση ο υποψήφιος διδάκτορας αποκτά μια γκάμα δεξιοτήτων, επιστημονικές, τεχνολογικές αλλά και διοικητικές. Συνήθως οι μετρήσεις που λαμβάνονται έχουν μεγάλη σημασία για την επιστημονική κοινότητα, καθώς είναι μοναδικές και συχνά δημοσιεύονται σε επιστημονικά περιοδικά υψηλού κύρους. Ενδεικτικά αναφέρουμε ότι το πρόγραμμα των αποστολών πυραύλων μετρήσεων της NASA έχει οδηγήσει σε εκατοντάδες διδακτορικές διατριβές μέχρι στιγμής. Τέλος, αξίζει να σημειωθεί ότι τόσο η NASA όσο και η ευρωπαϊκή ESA έχουν χρηματοδοτήσει προγράμματα με σκοπό την προώθηση της εκπαίδευσης με τη βοήθεια αποστολών πυραύλων μέτρησης σε φοιτητές και μαθητές Λυκείων.

Ποια πεδία έρευνας επωφελούνται;

Με μια πρώτη ματιά, αντιλαμβάνεται κανείς ότι οι αποστολές αυτού του τύπου προσφέρονται κυρίως για τη μελέτη του περιβάλλοντος της ανώτερης ατμόσφαιρας με τη βοήθεια επιτόπιων μετρήσεων. Άλλωστε, επιτόπιες μετρήσεις με εξειδικευμένα όργανα σε ύψη και στρώματα της ατμόσφαιρας τα οποία βρίσκονται πολύ χαμηλά για να τοποθετήσουμε δορυφόρους γίνονται πραγματοποιούνται τακτικά εδώ και πολλές δεκαετίες από όλες τις χώρες που δραστηριοποιούνται στο διάστημα.

Για παράδειγμα, το 2014 η NASA εκτόξευσε πέντε τέτοιους πυραύλους για να μελετήσει τις ιδιότητες του αεροχείμαρρου που παρατηρείται στο όριο μεταξύ της τροπόσφαιρας (του στρώματος της ατμόσφαιρας στο οποίο βρισκόμαστε και εντοπίζονται σχεδόν όλα τα καιρικά φαινόμενα) και της στρατόσφαιρας. Με το πρόγραμμα Champs, που αποτελούταν από δύο πυραύλους, η NASA μελέτησε τη δημιουργία νεφών στο ύψος της μεσόσφαιρας σε πολικές περιοχές. Η διαδικασία αυτή επηρεάζεται από τα σωματίδια καπνού που εμφανίζονται όταν μικροί μετεωρίτες «καίγονται» καθώς εισέρχονται στην ατμόσφαιρα.

Μέσα στο 2017, η NASA εκτόξευσε πέντε πυραύλους για να μελετήσει την ιονόσφαιρα και το πολικό σέλας. Το πολικό σέλας είναι αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης μεταξύ του ηλιακού ανέμου και της γήινης μαγνητόσφαιρας, δηλαδή του μαγνητισμού που προστατεύει τον πλανήτη μας. Η σύνδεση μεταξύ ιονόσφαιρας και μαγνητόσφαιρας έχει πολύ μεγάλη σημασία για την τεχνολογία που χρησιμοποιούμε καθημερινά (όπως τα GPS) και ο συνδυασμός επιτόπιων μετρήσεων από πυραύλους με μετρήσεις από όργανα στην επιφάνεια της Γης έχουν αυξήσει δραματικά την κατανόησή μας την τελευταία δεκαετία.

Ωστόσο, εκτός από τη Φυσική της Ατμόσφαιρας και τη Μετεωρολογία, η γκάμα των πεδίων έρευνας που επωφελούνται από τις αποστολές αυτού του τύπου είναι εντυπωσιακή. Οι συνθήκες μικροβαρύτητας που εμφανίζονται κατά την κυρίως φάση της πτήσης δίνει τη δυνατότητα στους επιστήμονες να μελετήσουν την εξέλιξη φυσικών διεργασιών σε αυτές τις ιδιαίτερες συνθήκες. Στα μέχρι τώρα πειράματα έχουν μελετηθεί φαινόμενα από τη δυναμική των ρευστών (π.χ. δυναμική των σταγόνων και των φυσαλίδων, επίδραση του μαγνητισμού, βρασμός, αφρώδη υλικά, ανάφλεξη), την Επιστήμη των Υλικών (π.χ. υπεραγωγοί, δημιουργία κρυστάλλων, αλλαγές φάσης), τη διαστημική τεχνολογία (π.χ. μελέτη των υλικών που χρησιμοποιούνται για τη θερμική θωράκιση των σκαφών) αλλά και τη βασική Φυσική. Εκτός όμως από τη Φυσική, δεκάδες πειράματα έχουν γίνει και σε πεδία της Βιολογίας, καθώς έχουν μελετηθεί η φυσιολογία των φυτών και η ανάπτυξη κυττάρων σε συνθήκες μικροβαρύτητας, οι ιδιότητες των πρωτεινών κ.ά.

Οι αποστολές πυραύλων μετρήσεων δεν προσφέρονται μόνο για επιτόπιες μετρήσεις στο περιβάλλον της ανώτερης ατμόσφαιρας. Ένα παράδειγμα είναι η μελέτη της ηλιακής ατμόσφαιρας, η οποία στηρίζεται σε πολύ μεγάλο βαθμό στην καταγραφή της υπεριώδους ακτινοβολίας και των ακτίνων Χ που αυτή εκπέμπει. Αυτές οι ακτινοβολίες δεν φτάνουν στο έδαφος, αλλά απορροφώνται από την ατμόσφαιρα του πλανήτη μας, με αποτέλεσμα η μελέτη του Ήλιου να απαιτεί την τοποθέτηση οργάνων στο διάστημα. Οι πύραυλοι μετρήσεων μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να πάρουν περιορισμένο αριθμό παρατηρήσεων (περίπου 6 λεπτά) σε συγκεκριμένα μήκη κύματος και προσφέρουν μια εξαιρετική ευκαιρία να μελετήσει κανείς τη χρωμόσφαιρα και το στέμμα του Ήλιου με σχετικά φτηνές διατάξεις, χωρίς να χρειαστεί να χρηματοδοτήσει ολόκληρη διαστημική αποστολή. Αυτές οι αποστολές προσπαθούν να εξηγήσουν ένα από τα πιο θεμελιώδη ερωτήματα της Αστροφυσικής: για ποιο λόγο τα εξωτερικά στρώματα της ηλιακής ατμόσφαιρας είναι θερμότερα (μερικά εκατομμύρια βαθμοί) από την επιφάνειά του (μερικές χιλιάδες βαθμοί). Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι η απάντηση βρίσκεται κρυμμένη στο μαγνητισμό του Ήλιου, ο οποίος επιτρέπει σε αμέτρητα φαινόμενα πολύ μικρής κλίμακας (όπως οι νανοεκλάμψεις) να διοχετεύουν τεράστια ποσά ενέργειας στα ανώτερα στρώματα της ηλιακής ατμόσφαιρας. Αποστολές όπως το Vault, το Hi-C, το Foxsi και το Eunis μεταφέρουν όργανα ικανά να μετρήσουν και να αναλύσουν την υπεριώδη ακτινοβολία του Ήλιου, φιλοδοξώντας να δώσουν απαντήσεις στο ερώτημα αυτό.

Τέλος, ένα πλήθος τομέων της Αστροφυσικής έχει επωφεληθεί από τη χρήση πυραύλων μετρήσεων, όπως είναι η μελέτη εξωπλανητών (π.χ. η αποστολή Picture), η μελέτη μακρινών γαλαξιών και του Γαλαξία μας (π.χ. Fortis, DXL), του μεσοαστρικού αερίου (Chess) κ.ά.

Επομένως, το πρόγραμμα πυραύλων μετρήσεων είναι ένα απαραίτητο τμήμα της διαστημικής έρευνας, ωφελεί την ανάπτυξη διαστημικών αποστολών και συμπληρώνει τις γνώσεις που αποκτάμε με τη βοήθειά τους.

ΣΧΕΤΙΚΑ ΑΡΘΡΑ

ΓΝΩΜΕΣ

ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΑ

EDITORIAL

ΑΝΑΛΥΣΗ

SOCIAL