W lipcu 1958 roku prezydent Stanów Zjednoczonych, Dwight David Eisenhower, podpisał dokument, na mocy którego do życia powołana została Narodowa Agencja Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej. Otwarcie się agencji na biznes, a więc teoretyczne rozpoczęcie pracy, miało miejsce 1 października. Począwszy od tego dnia, aż po dzień dzisiejszy, ta niezależna od rządu agencja (bo podlega bezpośrednio prezydentowi USA) przeprowadziła setki, jeśli nie tysiące fascynujących misji, doświadczeń, operacji i przedsięwzięć. Przypomnijmy sobie więc, co działo się w ciągu tych 60 lat NASA.
W historii tego popularnonaukowego cyklu znalazło się miejsce dla kilku firm, które aktywnie zajmują się rozwojem technologii kosmicznych. Przybliżyłem tu historię SpaceX, Blue Origin, Virgin Galactic, a niedawno także Boeinga. Do tej pory nie miałem jednak okazji na podsumowanie historii NASA, choć o niektórych przedsięwzięciach agencji zdarzyło się pisać, choćby przy okazji wysłania na Marsa lądownika InSight. Tymczasem świętujemy 60 lat NASA i z tego względu uznałem, że nadszedł doskonały moment na zapoznanie się z historią agencji trochę dokładniej. Nie opiszę oczywiście wszystkiego; sami możecie sobie wyobrazić, jak dużo działo się przez sześć dekad nieustannej pracy. Postaram się jednak przybliżyć co ciekawsze aspekty, a także plany na przyszłość, bowiem te w ostatnich latach znów zaczynają nabierać rozmachu.
Aeronautyka, czyli nauka o lataniu
Agencja kosmiczna powołana została w miejsce NACA (National Advisory Committee for Aeronautics), czyli komitetu doradczego do spraw aeronautyki. Z tego też powodu nowy organ przejął funkcje poprzednika, stąd w nazwie agencji znajduje się człon mówiący nam o aeronautyce. Tylko co to właściwie dla NASA oznacza?
Gdy spojrzymy w archiwalne zapisy agencji, możemy dowiedzieć się kilku naprawdę ciekawych rzeczy. Wiedzieliście, że to właśnie NASA w głównej mierze przyczyniła się do powstania systemu fly-by-wire? Jeśli ta nazwa nic Wam nie mówi, to śpieszę z wyjaśnieniami: fly-by-wire to system kontroli pojazdu (głównie samolotu), który zastąpił cięższe i bardziej zawodne systemy hydrauliczne. Sterowanie oparte zostało o sygnały elektryczne; ruch drążkiem sterowym powoduje przesłanie sygnału do komputera, który po przetworzeniu go wysyła kolejny sygnał do danej części ruchomej skrzydła. Nie istnieje więc mechaniczne połączenie pomiędzy elementami, co z jednej strony gwarantuje większą niezawodność, z drugiej zmniejsza masę pojazdu, a z trzeciej zapewnia stabilność, bo lot może być korygowany przez komputer.
System obecnie znaleźć można w niemal każdym większym samolocie, wykorzystywany był także w promach kosmicznych. Ciekawostką natomiast może być, że od kilku lat w bolidach Formuły 1 działa coś bardzo podobnego, co zostało nazwane brake-by-wire. Jak możecie się domyślić, system odpowiada za wspomaganie hamowania; zastosowano go ze względu na obecność układów hybrydowych i systemu odzyskiwania energii, bowiem kontrola hamowania przez komputer pozwala odzyskiwać energię z hamowania znacznie efektywniej, niż robiłby to człowiek.
Ale dość o tej jednej rzeczy. NASA jest również wynalazcą wingletów, czyli tych małych, ustawionych pod kątem i umieszczonych na końcach skrzydeł elementów. Te teoretycznie proste konstrukcje okazały się na tyle rewolucyjne, że obecnie wykorzystywane są niemal w każdym samolocie. Bo choć pomysły tego typu rozwiązań pojawiały się wcześniej, to jednak dopiero efekt pracy amerykańskiej agencji był na tyle dobry, że został na świecie przyjęty. Co nam dają winglety? Poprawę zasięgu, mniejsze spalanie, mniejsze wibracje podczas lotu, a to wszystko dzięki tylko delikatnej zmianie przepływu powietrza na końcówkach skrzydeł.
NASA zajmowała (i nadal zajmuje się) rozwijaniem usług dla innych firm powiązanych z aeronautyką. Przykładowo konstruktorzy samolotów mogą używać tuneli aerodynamicznych agencji; choć brzmi to banalnie, to śpieszę z dodaniem, że agencja posiada tunele, w których mieszczą się pełnowymiarowe samoloty, a więc konstruktorzy nie są ograniczeni do testowania modeli w mniejszej skali. Od 1970 NASA tworzy również zaawansowane systemy symulacyjne (nie tylko do własnego użytku), dzięki którym symulacyjnie można sprawdzić całe mnóstwo parametrów pojazdów. Ot choćby to, w jaki sposób zachowają się płomienie wylatujące z silników podczas startu rakiety.
Technologia, która poprawia życie
Od osób niespecjalnie zajawiających się nauką często można usłyszeć frazy w stylu „na co ta agencja dostaje pieniądze, jak tylko lata i lata w ten kosmos”. Są to niestety zarzuty trochę bezpodstawne. Powiedzcie no – lubicie robić sobie selfie? Albo, chociaż fotki na Insta? Jeśli tak, to oddajcie chwałę amerykańskiej agencji, ponieważ to tam Eric Fossum stworzył czujnik CMOS, który obecnie wykorzystywany jest w praktycznie wszystkich cyfrowych aparatach i kamerach. Mało tego, sama koncepcja cyfrowej fotografii również wywodzi się z JPL (Jet Propulsion Laboratory), czyli z jednego z centrów badawczych agencji.
Powód stojący za powstaniem technologii jest dość prosty, bowiem NASA potrzebowała czegoś, czym będzie mogła robić zdjęcia w kosmosie. CMOS nie jest oczywiście nagłym przebłyskiem geniuszu, a raczej rozwinięciem technologii CCD, którą Fossum rozumiał znakomicie, dlatego też zresztą znalazł zatrudnienie w szeregach agencji. Ciekawostką natomiast jest, że obecnie prawa do własności intelektualnej technologii należą do Caltech, czyli Kalifornijskiego Instytutu Technologii, który stoi za założeniem JPL. Innym ciekawym aspektem historii jest to, że Eric Fossum pracuje obecnie nad kolejną rewolucją pod postacią przetwornika obrazu Quanta. W dodatku jednym z jego celów jest jak największa możliwa kompatybilność z czujnikami CMOS. Wszystko po to, by przejście na nową technologię obyło się jak najmniejszym kosztem.
Ale to tylko jeden z przykładów. Wpływ NASA na technologię wynika bardziej z ich badań, aniżeli z samego zaangażowania w technologię. Przykładowo agencja prowadziła mnóstwo badań dotyczących rozwoju roślin w kosmosie, głównie na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Efekty badań przełożyły się na powstanie bardziej wydajnych urządzeń filtrujących powietrze. Innym, nieco śmiesznym przykładem, jest kostium pływacki firmy Speedo. Powstał on przy współpracy z NASA, która podzieliła się swoimi symulacjami i doświadczeniem z zakresu choćby dynamiki płynów. W kostiumie tym startował na przykład Michael Phelps, jeden z najbardziej utytułowanych pływaków.
Jeszcze innym przykładem tego, jak technologia NASA wpłynęła na codzienne życie, jest firma John Deere, a konkretnie jej system nawigacji StarFire. Jak możemy przeczytać na stronie NASA, od ponad dekady odbiorniki firmy korzystają z globalnej sieci stacji naziemnych agencji, a także z oprogramowania opracowanego w JPL. StarFire jest jednym z systemów dGPS, czyli czymś, czego zadaniem jest poprawienie precyzji wykorzystywanego przez nas powszechnie systemu GPS. Ze średniej dokładności od 4 do 10 metrów system StarFire pozwala zejść do dokładności około 10 cm w 95% przypadków. Więcej informacji możecie znaleźć na własną rękę.
Badanie naszego domu
Program kosmiczny NASA, wbrew temu, co moglibyście pomyśleć, nie skupia się tylko na eksploracji kosmosu; istotną jego częścią są badania naszego domu, czyli Ziemi. Na przestrzeni lat amerykańska agencja opracowała i wystrzeliła całe mnóstwo satelitów meteorologicznych. To dzięki niej dowiedzieliśmy się o dziurze ozonowej i zmianach klimatu pod postacią globalnego ocieplenia. Historia obserwacji zaczęła się w 1960 roku, kiedy to wystrzelony został pierwszy satelita Tiros 1. Pracował tylko przez 78 dni, ale dzięki niemu agencja zrozumiała, że jest bardzo wiele aspektów planety, które można obserwować z kosmosu.
Niektóre z programów trwają od kilku dekad. Przykładowo program Landsat, którego celem jest monitorowanie i analiza ziemskich zasobów, takich jak lasy, woda, czy tereny uprawne, rozpoczęty został już w 1972 roku, a obecnie prace prowadzi ósma już generacja satelity. Bardzo ciekawy jest także system A-Train, czyli zespół kilku satelitów, które w niedalekiej od siebie odległości podążają dokładnie tą samą trasą. Każdy z nich skupia się na jakimś innym aspekcie; Aura bada dynamikę atmosfery, CloudSat monitoruje chmury, a CALIPSO dostarczył nam danych o rozprzestrzenianiu się pyłów wulkanu Eyjafjallajökull po erupcji. W sumie nazwa tego wulkanu nie ma tu nic do rzeczy, ale chciałem, żebyście spróbowali ją przeczytać ;)
Kim jesteśmy, dokąd zmierzamy
Na sam koniec tej bardzo mocno skróconej opowieści chciałbym przytoczyć kilka faktów dotyczących tego, co najbardziej widowiskowe. Eksploracji kosmosu. NASA to jedyna agencja, która wysłała satelitę na każdą z planet naszego Układu Słonecznego; ponadto sondy badawcze trafiły także na wiele księżyców, na niektóre asteroidy, komety i planety karłowate, a nawet na Słońce. Niektóre z tych obiektów zostały odwiedzone także przez lądowniki i łaziki. Nie sposób nie wspomnieć także o sondach Voyager 1 i Voyager 2; w piątek NASA ogłosiła, że Voyager 2 wkrótce znajdzie się w przestrzeni międzygwiezdnej, stając się tym samym drugim stworzonym przez człowieka obiektem (zaraz po pierwszym Voyagerze), który tego dokonał.
Oprócz sond, NASA stworzyło i analizowało dane zbierane przez mnóstwo teleskopów i radioteleskopów. Hubble, Spitzer, Kepler i Chandra to tylko niektóre z nich; głównie dzięki agencji na naszych urządzeniach możemy ustawiać tapety tych wszystkich pięknych mgławic, obłoków. To NASA informuje nas o odkryciach kolejnych zadziwiających obiektów we Wszechświecie. Nie mogę także nie wspomnieć o Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Myślę, że dzięki materiałom udostępnionym przez agencję, powstała co najmniej połowa cyklu MiniNauka.
No i wreszcie to. Największa gwiazda programu kosmicznego, która zabłysła zaledwie 11 lat po utworzeniu agencji. W roku 1969 po raz pierwszy człowiek stanął na Księżycu. Wydarzenie absolutnie niesamowite, dlatego tym bardziej boli, że program tak szybko zarzucono. Cieszy natomiast fakt, że agencja od dłuższego czasu pracuje nad pełnym zestawem do załogowej eksploracji, czyli nad kapsułą Orion oraz rakietą Space Launch System. Przyszła dekada zapowiada się doskonale, więc trzymajmy kciuki, by mocno opóźniona już całość nie opóźniła się jeszcze bardziej.
Co dalej?
60 lat NASA to okres udowadniający wszystkim, że istnienie agencji ma sens. Ba! Powiedziałbym, że w wielu aspektach, na przykład w kwestii monitorowania klimatu, jest wręcz niezbędne. Sytuacja zaczyna się nieco zmieniać za sprawą prywatnych firm, natomiast firmy te skupiają się na niewielkich i bardzo konkretnych aspektach. Bo choć Elon Musk ciągle mówi o zabraniu człowieka na Marsa, to tak naprawdę jego SpaceX może dostarczyć co najwyżej pojazdy; wszystkie pozostałe aspekty kolonizacji muszą być opracowane przez kogoś innego. Głównie przez NASA.
Projekty agencji obejmują tak naprawdę wszystkie przytoczone powyżej dziedziny. W zakresie aeronautyki agencja pracuje nad technologią cichego lotu naddźwiękowego (QueSST) i w pełni elektrycznych samolotów (X-57). W przygotowaniu nieustannie znajdują się kolejne wersje satelitów dla programów już działających (Landsat 9) oraz nowe satelity dla nowych programów. Trwają prace nad usprawnieniem komunikacji w kosmosie, zarówno pod kątem niezawodności połączenia (DTN), jak i jego przepustowości (LRCD i DSOC). Na orbitę wkrótce wysłany zostanie następca niezwykle zasłużonego dla nauki Teleskopu Hubble’a, czyli Teleskop Jamesa Webba. Na Marsa uda się kolejny łazik Mars 2020 Rover, zaś sonda Europa clipper zbada lodowy księżyc Jowisza pod kątem występowania życia.
Tych projektów jest dużo, dużo więcej. I, jak informuje NASA, celem agencji nie jest już kosmiczny wyścig. Oczywiste jest, że prywatne firmy będą robiły coraz więcej i coraz lepiej; rozsądniej (z dosłownie każdego punktu widzenia) jest z nimi współpracować, zamiast konkurować. Cały czas istnieje bowiem niewyobrażalna ilość rzeczy do odkrycia, technologii do zbadania oraz badań do przeprowadzenia. Tak naprawdę misja agencji nigdy się nie skończy; o ile jakieś polityczne zawirowania nie doprowadzą do jej upadku, naukowcy NASA wciąż będą dostarczali nam kolejne elementy układanki, której ułożenie pozwoli nam zrozumieć otaczający nas Wszechświat. I tym miłym akcentem zakończę dzisiejszy materiał. Do następnego!
źródła: nasa (a jakże), nasa (znów) i nasa (ponownie)
_
#MiniNauka to cykl, w ramach którego staram się przekuwać swoje naukowe (czy raczej popularnonaukowe) zainteresowania w treści popularyzujące wiedzę o świecie i zjawiskach w nim zachodzących. Poruszam się po obszarach fizyki, kosmosu i technologii przyszłości, nierzadko sięgając po inne, powiązane dziedziny, przy zachowaniu przystępnej formy i względnie prostego języka.
