wtorek, 12 października 2021

Hyceańska heca - nowa klasa planet

Uwielbiam pisać o egzoplanetach, ale dziś będę trochę panem marudą, niszczycielem dobrej zabawy. W sierpniu tego roku ukazało się badanie poświęcone tak zwanym “światom hyceańskim”. Poświęcone jest warunkom dla życia i biosygnaturom, które mogą na nich występować.


Dobra może trochę przesadziłem z tym byciem panem marudą, ale z kilku powodów irytuje mnie pewne zamieszanie i rozgłos wokół tematu “nowo odkrytej” klasy planet. W rzeczywistości autorzy publikacji “Habitability and Biosignatures of Hycean Worlds” po prostu wyróżnili określony typ, dużych planet pozasłonecznych, które okrywa atmosfera bogata w wodór pod którym znajdują się rozległe oceany. Nazwa “hycean” to połączenie “hydrogen” i “ocean”.

Gdy zaczęto odkrywać planety pozasłoneczne w dużych ilościach okazało się, że wyraźny podział na małe skalne planety i wielkie gazowe giganty, tak klarowny w Układzie Słonecznym, nie ma odbicia w kosmosie. Okazało się nie tylko, że istnieją planety o pośrednich rozmiarach, ale wręcz, że te super-Ziemie i mini-Neptuny stanowią większość egzoplanet. Choć nawet między tymi dwiema kategoriami nie ma wyraźnej granicy, choć literatura często wspomina o światach oceanicznych czy nawet parowych (steam worlds), postanowili dodać swoją. I zaowocowało to dość szerokim echem w mediach.

Nie jest to jednak całkiem pozbawiony sensu chwyt marketingowy. Istotnie, dzięki ogromnej masie i powłoce wodorowej ta klasa egzoplanet może utrzymywać wodę w stanie ciekłym w znacznie większym zakresie orbit niż mniejsze super-Ziemie czy planety typu ziemskiego, dla których pas odległości od gwiazdy, w którym nie jest ani za zimno, ani za gorąco, jest trochę skromniejszy. Hyceańskich planet jest też niemal na pewno więcej niż “bliźniaczek Ziemi”. Poza tym łatwiej je wykrywać i badać.

Oczywiście jak wynika z tytułu publikacji, autorzy są zainteresowani nie tylko wodą, ale potencjalnym życiem na takich planetach. Temperatura na powierzchni niektórych może sięgać 200 stopni Celsjusza, jednak z powodu ciśnienia, sięgającego nawet tysiąca atmosfer, woda może pozostać w stanie ciekłym. A głębiej pod powierzchnią może być znacznie chłodniejsza. Według autorów niektóre z tych planet dzięki temu mogą oferować dobre warunki dla życia, choć prawdopodobnie może być ono ograniczone do mikroskopijnych form. Jeśli skalne jądro takiej planety oferuje odpowiednie minerały, to istotnie może być dam dość energii i budulca dla życia.

Następnie autorzy również dywagują trochę na temat biosygnatur, które mogą być trochę inne niż takie, których oczekujemy na planetach podobnych do Ziemi, ale wciąż potencjalnie wykrywalne dla teleskopów przyszłości takich jak JWST. Zastanawiam się jednak na ile mogli się tu zagalopować. Patrząc na to jak wielce kontrowersyjne okazało się odkrycie fosfiny na Wenus oraz interpretacja jej obecności, ciężko wyobrazić sobie jednoznaczną detekcję życia na tak egzotycznych planetach odległych o dziesiątki czy setki lat świetlnych. Panują tam warunki tak obce temu co znamy, że ślady podmorskiego życia mogą być całkowicie zacierane i niewidoczne, przez warstwę atmosfery zgniatającej wodę o temperaturze 200°C. Mogą tam zachodzić nieprzewidziane przez nas procesy geologiczne (hydrologiczne?), które zaowocują nieoczekiwanymi biosygnaturami (bo i samo życie może być zdecydowanie odmienne od tego co znamy). Niewykluczone też, że mogą tam istnieć “zwodnicze biosygnatury” abiologicznego pochodzenia.

Podoba mi się pragmatyzm zainteresowania tymi planetami. Są duże, łatwiej je obserwować i analizować niż te te bardziej podobne do Ziemi. Co tu dużo mówić - myślę, że warto badać wszelkie planety, nie będzie to zmarnowany czas. Irytuje mnie jednak, że publikacja ta ewidentnie została podchwycona przez media przez trik z ogłoszeniem “odkrycia” nowej klasy planet. Nawet jeśli istnieje tam życie (co byłoby fantastyczne), może być tak, że całą tamtejszą biosferę można by traktować jako ekstremofile i próżno szukać tam złożonych istot.

Wreszcie mam jeszcze jedną obawę. Otóż wydaje mi się, że tematyka badania jest dość szeroka. Autorzy zaczynają od zasięgu strefy umiarkowanej (ekosfery, strefy zamieszkiwalnej) a kończą na biosygnaturach zupełnie odrębnego drzewa życia. Badania tego typu często stają w ogniu specjalistów w swoich dziedzinach. Nie wiem czy tak będzie w tym wypadku. Ostatecznie jednak, żeby nie być wielkim marudą powiem, że może to i tak dobrze, że trochę cichy ostatnio temat egzoplanet dostał choćby taki zastrzyk.


Źródła:
Habitability and Biosignatures of Hycean Worlds
Światy hiaceańskie: nowa szansa na biosygnatury?
Newfound Class of Planets Is Good News for Search of Life
‘Hycean’ Worlds Are a New Category of Exoplanets That Could Be Hiding Alien Life
https://en.wikipedia.org/wiki/Hycean_planet


niedziela, 3 października 2021

Możliwa planeta okołopotrójna - GW Orionis ABCb


Układ gwiezdny GW Orionis jest interesujący niezależnie od tego, czy kryje się tam planeta, czy nie. Składają się nań trzy gwiazdy otoczone koncentrycznymi pierścieniami protoplanetarnymi. Z reguły znajdują się one w jednej płaszczyźnie, w tym wypadku jednak są one nachylone o 11, 35 i 40 stopni - każdy kolejny bardziej. Ponadto między pierwszym a pozostałymi dwoma pierścieniami jest dość spora przerwa, a wewnętrzny ma eliptyczny kształt, co jest również nietypowe.

Jak można się domyślić z pyłu i gazu znajdującego się w pierścieniach protoplanetarnych powstają planety. Ale nie zawsze - na przykład, gdy w układzie znajduje się więcej niż jedna gwiazda, mogą one zakłócać stabilność pierścieni i formujących się tam obiektów, podobnie jak gwiazdy-towarzyszki krążące wokół układu z pierścieniem . Znaleźliśmy już sporo egzoplanet w układach wielokrotnych, w tym garść okrążających dwie gwiazdy (czyli odpowiedniki gwiezdno wojennej Tatooine). Nazywa się je planetami okołopodwójnymi. Do tej pory jednak nie odkryto egzoplanety, która okrążała by aż trzy gwiazdy.

Astronomowie sądzą, że obecność gazowego giganta w układzie GW Ori, mogłoby wyjaśnić wiele niezwykłych cech tego układu. Byłaby to pierwsza planeta okołopotrójna jaką odkryto. To dobra okazja by wyjaśnić w jaki sposób nadaje się formalne nazwy planetom. Konwencja zakłada, że do nazwy gwiazdy dodajemy małą literkę zaczynając od “b” (uznaje się, że gwiazda to “a”). Kolejne planety otrzymują kolejne litery. Jeśli odkrytych zostanie wiele planet jednocześnie, otrzymują literki od najbliższej gwieździe do najdalszej. Co gdy nie wszystkie zostaną odkryte jednocześnie? Spójrzmy na układ Kepler-20, gdzie odkryto aż sześć planet. Patrząc od najbliższej do najdalszej oznakowano je następująco: b, e, c, f, g, d. Choć istnienie pierwszych pięciu ogłoszono w grudniu 2011, widać, że nie wszystkie odkryto jednocześnie i zanim opublikowano wyniki dotyczące planet b, c, d udało się odkryć jeszcze e i f. W roku 2016, po żmudnej analizie światła gwiazdy, astronomowie doszli do wniosku, że w układzie znajduje się jeszcze jedna planeta, której orbita jest wystarczająco nachylona, że nie przesłania gwiazdy z perspektywy naszych teleskopów (choć znajdująca się dalej planeta d dokonuje tranzytu). Tak do układu dołączyła planeta Kepler-20g.

W układach wielokrotnych, gwiazdom zwyczajowo przypisuje się wielkie litery, kolejno od najjaśniejszej gwiazdy. Wówczas, gdy planeta krąży wokół jednej z nich do nazwy układu dodaje się oznaczenie gwiazdy a dopiero później planety. Dlatego jedna z planet w konstelacji Łabędzia nosi nazwę 16 Cygni Bb. Z nazwy można wywnioskować, że 16 Cygni to układ co najmniej podwójny (zdradzę od razu, że to układ potrójny) i drugą co do jasności gwiazdę okrąża co najmniej jedna planeta. Gdyby wspomniana planeta okrążała dwie gwiazdy jej formalna nazwa brzmiałaby 16 Cygni (AB)b. Zatem jeśli uda się odkryć pierwszą planetę okrążającą trzy gwiazdy jednocześnie, najprawdopodobniej będzie nosić nazwę GW Orionis (ABC)b, choć uproszczonym zapisem będzie GW Ori b. Proste?




Źródła:
Układ potrójny GW Ori i jego dysk okołogwiazdowy
New Observations Show Planet-forming Disc Torn Apart by its Three Central Stars
Exceptionally rare planet with three suns may lurk in Orion's nose
Rarest planet in the universe may be lurking in Orion's nose


niedziela, 19 września 2021

Byłem w błędzie co do elektryków

Jak się Wam podoba taki clickbait? Ponoć nie ma w tym nic złego, jeśli clickbait nie wprowadza w błąd, a ten jest zupełnie szczery, choć będzie wymagał wieeelu doprecyzowań. Wszystko zaczyna się od świetnego (kolejnego) filmu od Engineering Explained. Nosi on tytuł “Is Keeping Your Old Car Better For The Environment?” (“Czy zachowanie starego samochodu jest lepsze dla środowiska?”). Nawiązuje tu do dość powszechnego (a przynajmniej tak mi się zdaje) przekonania, że choć elektryczne samochody są lepsze dla środowiska w trakcie eksploatacji, to biorąc pod uwagę emisje związane z ich produkcją, sumarycznie zamiana samochodu spalinowego na elektryka może być gorsza. Okazuje się, że generalnie nie jest to prawda.

Sam padłem ofiarą tego przekonania i nie wykazałem się sceptyczną postawą, dlatego bardzo doceniam ten film i gorąco go polecam. W ramach pokuty, postanowiłem przyjrzeć się jak oszacowania Jasona Fenske mają się do naszej rzeczywistości i nie tylko. Dodatkowo, przygotowałem tą notkę, żeby skorzystali youtubo-sceptyczni i osoby niekoniecznie władające angielskim. Oczywiście zakładam, że w tej dyskusji skupiamy się tylko i wyłącznie na aspekcie emisji, nie na kwestiach finansowych.

Kluczowe dwa czynniki to emisje roczne związane z eksploatacją samochodu oraz emisje towarzyszące produkcji nowego samochodu. Jeśli samochód już jest w naszym posiadaniu, ten drugi czynnik wynosi zero. Jeśli roczne emisje nowego są niższe to z grubsza rzecz ujmując kwestią czasu jest, po jakim czasie (po ilu latach) bilans będzie korzystny. Nie zmieniałem tu założeń autora kanału Engineering Explained, który podpiera się publikacjami, według których nowy, spalinowy, wydajny samochód to ekwiwalent około dziewięciu ton CO2 w atmosferze na starcie. Jako modelowy elektryk służy Tesla Model 3, której produkcja emituje niemal dziesięć i pół tony CO2.

Odrobinę gimnastyki musiałem wykonać przy rocznych emisjach. Po pierwsze w przeciwieństwie do USA, gdzie wydajność liczy się w milach które można przejechać na galonie paliwa, u nas popularną miarą jest liczba litrów spalonych w trakcie przejechania 100 kilometrów. Z pomocą przyszedł artykuł na autokult.pl, dzięki któremu ostatecznie założyłem, że “stary” spalinowy samochód spala 7,5 litra a potencjalny nowy, ekonomiczny będzie spalać 5,5 litra (naśladowałem metodologię artykułu tj. 50% średniej to spalanie w mieście 25% na autostradzie i 25% na krajówkach). W przypadku Tesli miarą będzie zużycie kWh/100km i wynosi 14.9 kWh.

Ilość kilometrów przejechanych rocznie to jeden z istotnych powodów dla których rzuciłem się na ten tekst, zakładając, że w USA, kraju samochodziarzy, jeździ się znacznie więcej. Oznaczałoby to, że w USA elektryk szybciej uzyska lepszy bilans środowiskowy. Tymczasem na podstawie artykułu PolskaTimes polacy jeżdżą średni 20 tys. km rocznie (71% Polaków 20 tys. km lub mniej), co jest zdumiewająco blisko 12 tys. mil zakładanych przez Jasona (choć sam podkreślił, że to mniej niż średnia w USA).

Zanim będziemy mogli wszystko policzyć pozostaje jeszcze kwestia jakie są emisje związane z przejechaniem jednego kilometra różnymi samochodami (w różnych krajach). Spalenie litra benzyny to emisja 2,35 kg CO2. W związku z tym nasz modelowy “stary” spalinowy wyemituje 176 gramów CO2 na kilometr a jego młodszy, ekonomiczny braciszek 129 gramów CO2 na kilometr. Tesla ładowana we Francji (57.3 gramów ekwiwalentu CO₂ na kWh) wyemituje zaledwie 8,5 grama CO2. Tesla ładowana w Polsce (750 (!) gramów ekwiwalentu CO2 na kWh) wyemituje zaledwie 111 gramów CO2. To największe rozbieżności z filmem od Engineering Explained. W jego przykładzie nowy spalinowy samochód emitował 29% mniej a Tesla blisko 70% mniej. W moich obliczeniach zejście z 7,5 l/100km do 5,5 litra to redukcja emisji o 27%, natomiast Tesla w Polsce wyemituje 36% mniej CO2 a we Francji aż 95% mniej.

Tyle o metodach. Jakie są ostateczne wyniki? Warto. W USA i Francji już po 4 latach bilans środowiskowy samochodu elektrycznego powinien być korzystny. W przypadku Polski trzeba aż dziewięciu lat… A to zakładając (w każdym przypadku), że miks energetyczny nie będzie się zmieniać na bardziej korzystny. Mam nadzieję, że to najbardziej błędne z założeń. Gwarancja na baterie elektryków to typowo osiem lat, więc należy się spodziewać, że spokojnie pociągnąć co najmniej tyle czasu.

Wiem, że wiele z tych założeń, może wywołać sporo emocji, więc jako bonus (znów idąc śladem Jasona przygotowałem arkusz Google, który możecie sobie skopiować i wprowadzić swoje liczby, żeby poeksperymentować.

Arkusz (skopiuj i baw się śmiało)

Na koniec najważniejsza kwestia - lepsze od zamiany prywatnego samochodu spalinowego na elektryka jest zrezygnowanie z tego środka transportu. Szczególnie w dużych miastach powinniśmy korzystać z alternatyw jak choćby transport publiczny.


Źródła:
Is Keeping Your Old Car Better For The Environment?
Kiedy auto jest ekonomiczne? Podajemy realne wyniki zużycia paliwa
Przeciętny polski kierowca - ile wydaje na paliwo? Ile kilometrów rocznie pokonuje?
Fuel consumption and CO2


sobota, 21 sierpnia 2021

Podsumowanie "Tesla AI day"

W piątek miał miejsce “Tesla AI day”. Jego najgłośniejszym elementem była zapowiedź humanoidalnego robota. Trochę szkoda, bo w przeciwieństwie do większości ponad dwugodzinnego wydarzenia, istnieje on w zasadzie tylko na papierze, a reszta prezentacji traktowała o realnych dokonaniach i działaniach firmy.

Andrej Karpathy rozpoczął fragment poświęcony obróbce obrazu. Mówił, że to trochę jak budowa syntetycznego zwierzęcia od podstaw. Konkretnie chodzi o konstrukcję syntetycznej kory wzrokowej. To co może brzmieć prosto ale było dużym wyzwaniem, jest korzystanie z feedu z wielu kamer w jednej sieci neuronowej. Innymi słowy autopilot Tesli wpierw łączy dane z wielu kamer a dopiero później ma miejsce detekcja obiektów. Może wydawać się oczywiste, ale do tej pory trend był taki, że obraz z każdej kamery był procesowany osobno i dopiero potem łączony w model świata zewnętrznego dla maszyny.

Kolejny duży i ciekawy fragment poświęcono architekturze komputera do nauki AI. W całości jest on zaprojektowany przez ekipę Tesli. W ogóle dość ciekawe, że Tesla robi i projektuje własną elektronikę. Ganesh Venkataramanan przeprowadził publiczność przez ich projekt od niemal najniższego poziomu.

Rozmiar podstawowego węzła obliczeniowego wyznaczono na podstawie tego jak daleko fizycznie jest w stanie dotrzeć sygnał w czasie jednego cyklu procesora a następnie obszar tej wielkości wypełniono elektroniką tworząc jednostkę o mocy obliczeniowej jednego TFLOPa (1012 operacji na sekundę). Jednostki te można łączyć dowolnie w płaszczyźnie. Robiąc właśnie to, tesla zrobiła plaster 354 takich “training nodes” i otoczyła je szyną wyjścia/wejścia (4TB/s). Tak wygląda “D1 Chip” z którego wyciskają 362 TFLOPy. Następnie z kolei połączyli 25 takich w “training tile” o mocy 9 PFLOPsów. To już zrobili. Jaki jast dalszy plan Tesli? Zbudować “ExaPoda” - superkomputer skonstruowany z 120 takich “uczących się kafelków”, o mocy jednego EksaFLOPa, czyli 1018 (tryliona) operacji na sekundę.

Pod względem mocy obliczeniowej byłaby to najsilniejsza maszyna na świecie. Obecnym liderem jest japoński Fugaku o mocy 500 PFLOPów, przy czym warto zwrócić uwagę, że wystarczy 40 PFLOPów żeby załapać się do górnej dziesiątki. ExaPod jest planowanym komputerem, ale pierwszy kafelek został już wyprodukowany i przetestowany, i już to stawia go w górnej setce. Ganesh Venkataramanan trzymał w rękach kafelek o mocy przekraczającej możliwości Poznańskiego Altaira (znajdującego się na 116 miejscu najmocniejszych superkomputerów na świecie). Daje to pewne poczucie skali. Aczkolwiek nie wiem czy ExaPod będzie pasował do tych rankingów, jako komputer dedykowany do nauczania sieci neuronowych.

Teraz możemy przejść do trzeciej, najbardziej medialnej części Tesla AI day. Prezentacja humanoidalnego robota zaczęła się od krótkiej animacji i... tanecznego występu faceta przebranego za robota. Nie będę opisywał poziomu mojego zażenowania, z ratunkiem przybył chyba podobnie zażenowany Elon, który w trakcie podziękował tańczącemu i wkroczył z również trochę obciachowym omówieniem planu Tesli by zbudować w pełni humanoidalnego robota.

Pomijając żarty o tym, że ma być bezpieczny ale na wszelki wypadek powinien być wolniejszy i słabszy od człowieka, intencje brzmią całkiem serio. I okoliczności też wydają się stosowne. W końcu cała ta prezentacja, może była nakierowana na AI do prowadzenia samochodu, ale biorąc pod uwagę stopień ogólności tych rozwiązań, dość oczywiste jest, że przeniesienie ich z kierownicy, gazu i hamulca na robota przypominającego człowieka powinno być naturalnym krokiem.

Biorąc pod uwagę to co robi Boston Dynamics, jak funkcjonuje Watson, jak sprawne stają się autonomiczne samochody, działające w oparciu o wizualne dane, można stwierdzić, że w zasadzie wszystkie elementy są już gotowe, “tylko” trzeba je połączyć. Tesla-boty (nie wiem czy dobrze zrozumiałem, ale ich robocza nazwa to “Optymista”) mają wykonywać prace nudne, powtarzalne i niebezpieczne. Idea jest taka, że z czasem będą w stanie poruszać się w ludzkim świecie, rozumieć polecenia słowne i robić wszystko to co ludzie. Elon stwierdził też, że w przyszłości praca fizyczna będzie wyborem i że uważa bezwarunkowy dochód podstawowy za równie nieunikniony.

Całość zakończyła długa seria całkiem sensownych pytań od publiki.
Całośc wydarzenia na youtube: www.youtube.com/watch?v=j0z4FweCy4M



czwartek, 12 sierpnia 2021

Wycieczka z Elonem Muskiem po placówce SpaceX

Obolały i niewyspany Elon Musk oprowadził Tima Dodda znanego jako Everyday Astronaut po placówce w Boca Chica zwanej “Starbase”. Wycieczka odbyła się pod koniec lipca, jeszcze przed pierwszym, testowym połączeniem Boostera 4 z Shipem 20.


Troszkę głowiłem się nad tym jak podejść do tego tekstu i stwierdziłem, że najwięksi entuzjaści na pewno obejrzeli już całość, więc ten tekst ma być skrótem dla tych którzy nie są aż tak wkręceni. Krótsze pewnie nie będzie oznaczało krótkie, bo to wciąż dwu i półgodzinny materiał napakowany merytoryczną rozmową.

Jeśli zastanawiacie się czemu Elon Musk osobiście oprowadza youtubera po swojej fabryce cukierków, to już wyjaśniam. Musk jest głównym projektantem w SpaceX a Dodd jest wyśmienity merytorycznie i zawsze zadawał sensowne pytania, gdy dziennikarze pytali, jak ludzie na Marsie będą robić kupę. Cieszy mnie jednak, że choć dziennikarstwo leży, populacja nerdów rośnie, bo pierwsza część wywiadu zmierza do trzech milionów wyświetleń a druga już przebiła milion pracę nad tekstem zaczynam jeszcze przed publikacją trzeciej.


Podejście do produkcji i projektowania
W pierwszej części wywiadu Musk, nie po raz pierwszy, podkreślał jak ważne i trudne jest produkowanie rakiet w stosunku do ich projektowania. Twierdzi, że masowa produkcja, rakiet czy silników jest wielokrotnie większym wyzwaniem niż ich projektowanie.

Musk powiedział, że ma swój pięciostopniowe podejście do projektowania:
1. Make requirements less dumb (kwestionować wymagania) - niemal zawsze wymagania są nadmiarowe lub niepotrzebne. Szczególnie bacznie trzeba przyglądać się wymaganiom mądrych ludzi.
2. Delete part or process step (usuwanie niepotrzebnych części lub etapów procesu) - Musk uznaje, że to tak ważne, że jeśli w 10% przypadków nie przywracasz usuniętych wcześniej elementów, to znaczy, że za mało wycinałeś.
3. Simplify or optimise (upraszczać/optymalizować to co konieczne) - Kolejność tych punktów jest istotna. Elon twierdzi, że inteligentni inżynierowie często tracą czas optymalizując rzeczy, których w ogóle nie powinno być.
4. Accelerate - przyspieszaj cykl. Ale nie kosztem poprzednich punktów.
5. Automate - automatyzacja. Musk twierdzi, że w Tesli popełniał błąd i wykonywał te same kroki, ale w odwrotnej kolejności.


Super Heavy
Pierwszy orbitalny booster będzie mieć 29 silników, kolejne wersje mają mieć ich 33. SpaceX obecnie celuje w ostateczną wagę około 200 ton, ale to dość płynny cel. Jak się dowiedzieliśmy nawet w Falconie 9 przy lądowaniu pod koniec zostaje około tony paliwa. Kiedy jakiś czas temu przesunięto packi (grid fins - siatkowe powierzchnie do sterowania boosterem) tak, że układają się w ciaśniejszy “X” zamiast znanego z Falcona 9 równego krzyżyka, panowało przekonanie, że to krok w kierunku łapania boostera. Łapanie ważącego około 200 ton boostera to natomiast jeden z elementów ograniczania masy - pozwala m.in na usunięcie nóg do lądowania.

Tak więc domyślano się, że dolna część rakiety będzie łapana przez ramiona wieży startowej i zawiśnie na czterech packach. Tymczasem okazuje się, że całą masę mają utrzymać dwa zaczepy, które już teraz są używane przy przenoszeniu boostera dźwigiem. Biorąc pod uwagę jak obłędny wydaje się pomysł łapania 200-tonowej rakiety przez robo-wieżę fakt, że będzie łapana za dwa a nie za cztery punkty, wydaje się drobiazgiem.

Oczywiście nie ma się co kierować intuicją. Biorąc pod uwagę jak precyzyjnie lądują F9, oraz fakt, że Super Heavy będzie mieć znacznie większą kontrolę nad lotem to tak naprawdę niezła myśl. Choć pewnie czeka nas niezłe widowisko jak uchwyt rozerwie któryś z kolejnych prototypów lub jak usłyszymy jak brzmi rakieta ocierająca się o szpony wieży… Pamiętajmy, że poza silnikami, booster przy lądowaniu będzie trochę jak wielka puszka po piwie, jeśli idzie proporcje rozmiaru i wagi.

A co z tymi packami? Okazuje się, że taki układ daje lepszą kontrolę nad lotem. Co więcej, w ramach dalszego upraszczania konstrukcji packi nie będą się składać. Przy starcie ich opór jest minimalny, a złożoność mechanizmu rozkładania kosztowałaby kolejne tony. Nawet teraz każdy grid fin waży jakieś trzy tony. Elon urokliwie porównał je do sideł na dinozaura. Poza tym w boosterze jest jeszcze ogrom potencjalnych uproszczeń. Wciąż używają baterii z Tesli, które nijak nie są zoptymalizowane pod potrzeby boostera (krótka intensywna praca zamiast wielogodzinnego napędzania samochodu).

Uproszczenia idą dalej. Wygląda na to, że zamiast specjalnego mechanizmu, separacja będzie podobna do uwalniania starlinków. Rakieta zostanie wprowadzona w lekki ruch obrotowy i górny stopień powinien po prostu oddryfować. Zamiast RCS (reaction control system), czyli małych silników manewrowych, Super Heavy (a może i starship) będzie używał zaworów połączonych ze zbiornikami, upuszczając paliwo będzie zmieniał orientację pojazdu.

Ship (górny człon)
Przez rozmowę przewinął się “Księżycowy” Starship, czyli element programu Human Landing System, będący częścią programu NASA, który ma znów zanieść ludzi na Księżyc. Nie będę zbyt wiele o tym pisał, bo sporo tam bardzo mocnego gdybania. Elon hipotetyzował mocno na temat potencjalengo lądowania na głównych silnikach, a nie na tych, które na grafikach koncepcyjnych umieszczono wyżej na kadłubie. Mają one uniknąć wzbicia nadmiernych ilości regolitu. Musk gdybał na temat możliwości bezpiecznego lądowania bez nich. Nie zająknął się jednak na temat długoterminowych skutków. Księżycowy regolit jest ogromnym problemem i zagrożeniem dla astronautów oraz sprzętu, także nie przywiązywałbym zbytniej uwagi do tych rozważań.

Interesujący był fragment rozmowy poświęcony promom kosmicznym. Według Elona twórcy wiedzieli o wielu wadach i problemach, ale nie ulepszano ich. Każdy lot odbywał się z załogą na pokładzie, więc nie było możliwości na ulepszenia i eksperymenty. Na te może pozwolić sobie SpaceX, nie przejmując się zbytnio, jeśli prototyp wybuchnie. Tim, który ma obcykane systemy ucieczkowe wszedł również na ten temat. Musk powiedział, że wiele z tych systemów było/jest ograniczonych do pewnego okresu lotu, dlatego idea w przypadku Starshipa jest taka, żeby był odporny na awarie. Rakieta ma sobie poradzić nawet z awarią kilku silników. Aczkolwiek system ucieczkowy Dragona jest skuteczny aż do samej orbity…

Jeśli idzie o suchą masę to w przypadku Shipa ma to być 100 ton, czyli połowa masy boostera (Super Heavy). Przy okazji - masy paliwa to (około) 3400 i 1200 ton dla obu stopni. Pierwotnie tankowanie Shipa miało się odbywać od dołu, przez sekcję silnikową, miało to być jednym z uproszczeń. Ship byłby tankowany przez Super Heavy. Te same elementy byłyby wykorzystywane przy tankowaniu na orbicie, shipy łączyłyby się sekcjami silnikowymi i następowałby transfer paliwa. Nowa koncepcja jest jednak taka, że pojazd będzie tankowany od boku i podobnie będzie na orbicie. Ale to dość wstępne ustalenia, Musk wyraźnie powiedział, że na ten moment prace nad przedziałem towarowym, techniką tankowania i innymi celami są na dalszym planie i cały wysiłek jest obecnie skupiony na locie orbitalnym.

Kluczowym elementem lotu jest osłona termiczna, której też poświęcono trochę czasu. Ceramiczne płytki, które pokrywają większą połowę (Ha! Powiedziałem to!) Starshipa czeka wiele pracy. Czekają je wielkie ekstrema. Metal pod powierzchnią będzie czasem w temperaturze pokojowej, czasem w kriogenicznej. Odczują temperatury pracujących silników, a przy wejściu w atmosferę będą się drastycznie nagrzewać… Mocowanie musi dawać im pewną swobodę ruchu, nie mogą się obijać o siebie zbyt mocno ani mieć za dużych luzów. Większość jest dość łatwa w montażu i uniwersalna, ale te wokół noska, flap są już bardziej wyszukane. Rozwiązanie SpaceX dzieli jednak przepaść względem promów kosmicznych, gdzie praktycznie każda płytka miała unikalny wzór.

Jeśli idzie o oczekiwania Elon stara się je zaniżać. Stwierdził wprost, że ma nadzieję, że Booster 4 / SN 20 nie wysadzi platformy. Stanowisko startowe, nazywają “stopniem zerowym” i odbudowa tego stopnia byłaby zdecydowanie cięższa, dłuższa i bardziej bolesna niż utrata prototypu Starshipa. Ostatnia część wywiadu okazała się krótsza i była wycieczką po powstającym stanowisku startowym. Powiem tylko, że warto rzucić okiem, bo daje lepszą perspektywę na uwijających się tam ludzi i ogrom tego co budują.

W czasie rozmowy Tima z Elonem dowiedzieliśmy się również, że dopiero zobaczymy drugą wersję silnika Raptor o której mówi się od jakiegoś czasu. Różnice będą widoczne na pierwszy rzut oka, nowe silniki mają nie wyglądać jak metalowy węzeł gordyjski. Ciekawe czy to oznacza też, że nie będzie potrzebna dodatkowa osłona docelowych silników…

Co najlepsze - Elon sam w trakcie wywiadu powiedział, że postęp prac jest tak dynamiczny, że wszystko co mówi może być nieaktualne za dwa tygodnie. A potem na twitterze zaproponował Timowi ponowną wizytę za jakiś czas, żeby była szansa porównania co się zmieni.


środa, 4 sierpnia 2021

Blue Origin szkaluje SpaceX

Jakiś czas temu Blue Origin puścił w socjalach grafikę porównującą loty w “kosmos” oferowane przez nich oraz te oferowane przez Virgin Galactic. Śmieszkowałem sobie z nich tutaj: [link w komentarzu]. Wówczas wiele osób zadawało pytanie - jak to się stało, że dział PR firmy Bezosa puścił takiego kasztana. Szczególnie w momencie, kiedy Branson w ostatniej chwili wyprzedził szefa Amazona w tym dość niedorzecznym wyścigu, wyglądało to jak wyjątkowo żenujące nie radzenie sobie z porażką.

Cóż, jeśli ktoś uznał to za wypadek przy pracy, to jest w błędzie. Bo Blue Origin tym razem kontynuuje ten styl, wyżalając się na SpaceX. W sumie niewiele tu nowego, ale wcześniej tą gorycz kierowano w zażaleniu/skardze na decyzję NASA o tym, że to firma Muska zapewni pojazd do HLS (Human Landing System), w ramach załogowego powrotu USA na srebrny glob. Czego tyczą się zarzuty? Głównie tego, że w przypadku Starshipa koniecznych będzie około 10 lotów by umieścić pojazd na orbicie a następnie go zatankować przed lotem na Księżyc no i wreszcie zapakować tam astronautów. W tym celu trzeba opracować nowe technologie, dokonać niebezpiecznych i precyzyjnych dokowań, transferu paliwa. A do tego w przypadku lądownika National Team (zespół, który konkurował ze SpaceX zanim upadł i sobie głupi ryj rozwalił, którego częścią jest Blue Origin) wysokość włazu nad powierzchnią Księżyca to dziewięć metrów a w Starshipie prawie czterdzieści. No i w ogóle lądownik zespołu w którym gra Bezos używa starych sprawdzonych rozwiązań. Cytując grafikę “system is entirely built on heritage systems and proven technologies that are flying today”. Chwalą się, że temat można ogarnąć trzema startami z Ziemi i po temacie.

Szczytem hipokryzji jest stwierdzenie, że system Muska, jeszcze nie przeprowadził testu orbitalnego... Wiecie kto jeszcze nie przeprowadził testu orbitalnego? Blue Origin, firma mająca dwa lata więcej niż SpaceX (które ma na koncie ponad setkę lotów orbitalnych). Wujek Bezos wspomina o rakiecie New Glenn, która nie powstała. Napędzanej silnikami, które nie działają. Podczas gdy SpaceX jest na progu orbitalnego testu kolejnej już generacji rakiet i ma na koncie tysiące ładunków na orbicie.

Pomijając powyższy komizm, najbardziej irytuje mnie ta pisanina o sprawdzonych technologiach. Wiecie do czego najlepiej nadawałby się wymyślony lądownik Bezosa? Do zatknięcia flagi na Księżycu. A nie o to ma chodzić w nowym programie kosmicznym. Cytuję: “Artemis is the name of NASA's program to return astronauts to the lunar surface. We are going forward to the Moon to stay.” Tu właśnie chodzi o nowe technologie. Tu chodzi o zrobienie czegoś, czego jeszcze nie zrobiono. Nie o ponowne wykorzystanie starych rozwiązań. Nie chodzi o odbębnienie trzech lotów rakietami, które wylądują na złomie po jednym locie.

Początek nowego rozdziału w eksploracji kosmosu można oglądać w Boca Chica, w Teksasie. Tempo jest tam absolutnie zawrotne. Niedawno pojawiła się pierwsza z trzech części wycieczki Tima Dodda (Everyday Astronaut) po placówce, którego oprowadził sam Musk. Postaram się przygotować podsumowanie po tym jak wszystkie trzy wylądują na YouTube + dodać do tego wszystkie aktualne informacje o zbliżającym się teście Boostera 4 i SN20, które mają polecieć razem jako pierwszy kompletny Starship.


Oryginał grafiki: https://www.blueorigin.com/blue-moon/national-team
List otwarty Bezosa do administratora NASA Billa Nelsona: https://www.blueorigin.com/news/open-letter-to-administrator-nelson
“Porównanie” BO z Virgin Galactic: https://www.facebook.com/photo.php?fbid=10159402308462277


sobota, 24 lipca 2021

Narodziny obcego księżyca

Tak wyglądają narodziny księżyca. Obraz, który widzimy uzyskano za pomocą największego na świecie interferometru radiowego ALMA. To układ PDS 70. W jego centrum znajduje się młodziutka gwiazda o masie 76% Słońca. Ma zaledwie pięć i pół miliona lat.

Okrąża ją szeroki (65-140 jednostek astronomicznych) dysk protoplanetarny z dwiema wciąż jeszcze formującymi się planetami. Są ogromne. Jedna ma masę zbliżoną Jowisza, druga jest od trzech do pięciu razy cięższa. Narodziny planet wciąż są rzadką obserwacją. Jednak nigdy do tej pory nie zaobserwowano analogicznego dysku wokół planety. Aż do teraz.

Podejrzewano, że wokół PDS 70c może trwać formacja księżyca (lub księżyców), ale dopiero teraz udało się wyodrębnić ów dysk wokół planety. Udało się to, pomimo odległości 400 lat świetlnych (niecałe cztery biliardy kilometrów, albo cztery eksametry ). Astronomowie oceniają, że ten mniejszy dysk, ma dość masy by powstały z niego nawet trzy satelity o masie naszego Księżyca. Ogromna jest też jego rozpiętość - jest porównywalna z odległością z Ziemi do Słońca (czyli spokojnie mógłby w nim orbitować Merkury).

Obserwacje PDS 70 będą pożywką dla badań nad formacją nie tylko księżyców, ale i planet. Pozwolą one sprawdzić istniejące już teorie mówiące o tym jak powstają układy planetarne. Obecnie wciąż większość z odkrytych 4000 egzoplanet znajduje się w dojrzałych systemach. Co ciekawe, planety krążące wokół PDS 70 zostały odkryte w 2018 i 2019 roku za pomocą dwóch różnych instrumentów europejskiego teleskopu VLT. PDS 70b odkryto za pomocą spektropolarymetru SPHERE a PDS 70c za pomocą instrumentu MUSE składającego się z 24 spektrometrów.

Pewnie też zastanawiacie się czy wokół mniejszej planety (ale i tak o rozmiarze porównywalnym z Jowiszem) dzieje się to samo. Wokół PDS 70b nie widać wyraźnych śladów podobnego dysku, co zdaniem astronomów sugeruje, że większy brat pozbawił ją pyłu. Jak zwykle, czekamy na kolejne obserwacje i jeszcze większe teleskopy, jak na przykład ELT, czyli europejski Ekstremalnie Wielki Teleskop (Extremely Large Telescope).

Zdjęcie: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Benisty et al.

Więcej: https://www.eso.org/public/news/eso2111/


poniedziałek, 12 lipca 2021

Największa kometa - fakty i fantazje


Co roku odkrywamy dziesiątki nowych komet. Ale C/2014 UN271, którą odkryli Pedro Bernardinelli and Gary Bernstein, nie jest “jedną z wielu”. Początkowo uznano ją za planetę karłowatą z racji na rozmiar około 100 kilometrów i odległość niespełna 30 jednostek astronomicznych. Jednak potwierdzenie istnienia komy (otoczki pyłowo-gazowej), oraz kształt orbity sprawiły, że prawdopodobnie mamy do czynienia z największą kometą jaką do tej pory odkryto.


Od razu powiem, że nie chcę wchodzić w dyskusję “szufladkową”, czyli czy obiekt nazwany już Bernardinelli-Bernstein to rzeczywiście kometa, planeta karłowata czy coś zupełnie innego. Etykietki nie zmienią ani jej orbity ani właściwości fizycznych, więc trochę szkoda na nie czasu. Gdyby Pluton miał inną orbitę też pewnie nazwalibyśmy go kometą, szczególnie, że gdyby podchodził odpowiedni blisko do Słońca wyrastał by mu całkiem piękny warkocz.

Skoro o warkoczu i urodzie mowa… Niestety, tak jak nie zaobserwujemy takiego pokazu w wykonaniu Plutona, tak samo nie liczcie na zbyt wiele w związku z przelotem Bernardinelli-Bernstein. Peryhelium (najmniejsza odległość od Słońca) tej komety ma wynieść 10.95 AU, czyli dalej niż Saturn. Oczekiwana jasność wówczas prawdopodobnie nie przekroczy jasności… Plutona.

To największa w znanej nam historii kometa. Bernardinelli-Bernstein ma od 100 do 200 kilometrów średnicy (z racji na komę, realny rozmiar jest pewnie bliższy tej mniejszej wartości). Średnica Plutona to 2376 km a znajduje się niecałe cztery razy dalej niż C/2014 UN271 przy największym zbliżeniu. Kometa osiągnie peryhelium w styczniu 2031 roku. Znaczy to, że zostało trochę czasu, żeby wysłać jakąś fajną misję. Orbiter, lądownik albo coś do pobrania próbki… a może by tak zostawić tam kapsułę czasu?

Okazja jest dość wyjątkowa, bo naukowcy szacują, że po tym przelocie Bernardinelli-Bernstein wróci w pobliże wewnętrznego układu słonecznego dopiero za jakieś 4,5 miliona lat. To kometa o bardzo długim okresie i ekscentryczności bliskiej 1 (silnie rozciągnięta elipsa), co za tym idzie powinna być pokryta ekstremalnie starym materiałem z początku istnienia układu słonecznego… a niewykluczone, że jest przechwyconym obiektem z innego układu gwiezdnego (co jeszcze bardziej podnosi atrakcyjność takiego celu).

Czy dekada to dużo? Nie w tym wypadku. Być może to w sam raz by przygotować coś “na szybko” w skali misji kosmicznych. Warto mieć świadomość, że sonda Cassini leciała na Saturna przez siedem lat. A misję trzeba jeszcze zaplanować, sprzęt zaprojektować, zbudować, poskładać… Aczkolwiek to nie jest tak, że musimy C/2014 UN271 złapać tuż za Saturnem. Na szczęście pobieranie próbek to nie pierwszyzna. Wystrzelona w 1999 sonda Stardust sprowadziła na ziemię 1 gram kometarnego pyłu. Dwie japońskie misje Hayabusa przywiozły ponad pięć gramów materiału z dwóch asteroid. W zeszłym roku Chang'e 5 sprowadziła na Ziemię niemal dwa gramy Księżycowego regolitu. Wreszcie OSIRIS-REx już wraca z niemałą próbką asteroidy Bennu.

Dobra… dość tych faktycznych danych. Przecież media piszą, że “zbliża się mega-kometa”, wstawiają takie nagłówki, że trudno sobie nie dopowiedzieć mentalnie “...wszyscy zginiemy”. No więc nic z tego kochani. Tak łatwo nie pójdzie. Ale na fanpage daliście znać, że mogę pofantazjować. Więc… nie tyle pofantazjowałem, co pobawiłem się trochę liczbami na kartce papieru, żeby oszacować jak bardzo totalne byłyby zniszczenia, gdyby jednak Bernardinelli-Bernstein grzmotnęła w naszą planetę. Oczywistym punktem odniesienia jest oczywiście asteroida lub kometa, która uderzyła w Ziemię 66 milionów lat temu.

Impaktor Chicxulub uderzył w okolicy dzisiejszego półwyspu Jukatan z prędkością od 12 do 21 kilometrów na sekundę. Miał średnicę około 17 kilometrów i masę między 6.82×1015 a 1.28×1016 kg, Patrząc jedynie na rozmiar, sądziłem, że stukilometrowa kometa to nieporównywalnie większa siła zniszczenia. Tymczasem przeciętna kometa ma gęstość rzędu 0,6 grama na centymetr sześcienny. Jako, że ta konkretna pochodzi z bardzo daleka, gdzie pewnie było jeszcze mniej ciężkich pierwiastków założyłem gęstość na poziomie 0,5 g/cm3. Zdaję sobie sprawę ze słabości moich obliczeń, ale na tyle duża kometa będzie raczej kulista, więc przy średnicy 100km jej masa wynosi około dwóch Zettagramów (2x1018 kg). Obliczenie prędkości w peryhelium jest bardzo zgrubne, bo parametry orbit komet są bardzo zmienne (niemal nieustannie tracą masę, uciekający gaz działa jak źródło napędu). Wygląda jednak na to, że maksymalna prędkość jaką osiągnie Bernardinelli-Bernstein, to około 12 500 metrów na sekundę.

To jednak w odległości 10AU od Słońca. Dla scenariusza kolizji z naszą planetą (1AU) prędkość byłaby z pewnością znacznie większa. Dlatego porównałem energię kolizji B-B dla prędkości 12,5 km/s oraz 21 km/s (prędkość kolizji Chicxulub). Wynik? Kolizja największej odkrytej komety z Ziemią byłaby od 60 do 900 razy potężniejsza. Maksymalny wynik około 4,4x1026 Jouli, to wynik zbliżony do energii dwóch milionów Tsar Bomb. Albo energii którą wypromieniowuje Słońce co sekundę. Możemy spokojnie założyć, że wówczas nie ma zbytniej różnicy gdzie dokładnie uderzyłaby C/2014 UN271, bo zniszczenia byłyby niemal całkowite.

Wspominam o tym, bo Chicxulub uderzył szczególnie niefortunnie - w płycizny, przez co zarówno wywołał masywne fale tsunami jak i wybił w atmosferę masę pyłu, który zablokował fotosyntezę na lata i skazał na śmierć ogromną część fauny i flory (jednocześnie dając szansę naszym drobnym przodkom). Krater sięgnął 25 kilometrów w głąb skorupy ziemskiej i potencjalnie wywołał szereg erupcji wulkanicznych pod drugiej stronie planety, które trwały dziesiątki tysięcy lat. Tu mielibyśmy do czynienia ze zdarzeniem kilkaset razy bardziej gwałtownym. Można spodziewać się, że byłby to koniec wielokomórkowego życia na planecie. Jednocześnie tysiące ton skał z bakteriami pofrunęłyby w kosmos i mogłyby stać się częścią procesu panspermii. Kąt czy miejsce uderzenia prawdopodobnie nie miałoby nadmiernego znaczenia, choć mogłoby mieć ciekawe skutki. Poza przebiciem się przez skorupę ziemi aż do jej płaszcza, można by się zastanowić czy “koszące” zderzenie nie zmieniłoby kąta nachylenia obrotu Ziemi. Może wokół planety powstałby pierścień pyłu? Może długość doby uległaby zmianie?

Nie chcąc rozciągać nadmiernie notki przerwę na tych otwartych pytaniach. Póki co zostańmy przy fantazjach o komecie która niszczy Ziemię. W kwestii unikania takiego losu zostawiam Was z “Armageddonem” i “Dniem Zagłady”. Ale może kiedyś wrócimy do tematu bardziej realnych rozwiązań.


https://noirlab.edu/public/news/noirlab2119/
https://www.bbc.com/news/science-environment-39922998
https://astronomy.stackexchange.com/questions/34041/calculating-object-velocity-at-perihelion


poniedziałek, 5 lipca 2021

Kanapowy Inżynier 3 - paliwa rakietowe


Wysyłanie rzeczy w kosmos jest trudne i drogie. Liczy się każdy kilogram. Jeśli chcemy realnie myśleć o kosmicznym przemyśle, podboju, badaniach na dużą, to ogromnym ułatwieniem będzie wykorzystywanie surowców, które już tam są. A jedną z pierwszych rzeczy, która ułatwiłaby hasanie po układzie słonecznym, byłaby możliwość tankowania rakiet na na orbicie, Księżycu lub jakiejś pobliskiej asteroidzie. Lecąc na poza orbitę Ziemi znaczną większość paliwa zużyjemy przebywając pierwszych ~300 kilometrów. Przebycie kolejnych 380 000 km do Księżyca, czy milionów kilometrów do Marsa, to niemal pestka jak już tylko jesteśmy na orbicie. No ale musimy się tam dostać. I wtaszczyć tam paliwo na resztę wycieczki.

Woda to najbardziej rozpowszechniony związek chemiczny we wszechświecie. Wodór i tlen to odpowiednio pierwszy i trzeci, co do zarówno masy jak i liczebności pierwiastek, więc nic dziwnego, że była masa okazji by atomy tlenu łapały sobie po dwa atomy wodoru. Tak się składa, że takie połączenie (czyli po prostu spalanie, utlenianie wodoru) wydziela masę energii. Dlatego wodór jest jednym z trzech popularnych typów ciekłego paliwa rakietowego. Innymi słowy, we wszechświecie jest pełno paliwa rakietowego, które zalega sobie razem ze swoim utleniaczem na planetach, asteroidach, pierścieniach i obłokach kosmicznych. To prawie tak jakby drewno albo liście i trawa były idealnym paliwem samochodowym. Moglibyśmy sobie jeździć po świecie i tankować na większości poboczy po prostu zrywając trawę. Wiadomo, trzeba się trochę pomęczyć, ale nie trzeba pakować ze sobą tylu ton paliwa, że samochód nie byłby w stanie ruszyć z miejsca.

Naturalnie zatem może się wydawać, że paliwem przyszłości (jeśli idzie o rakiety) powinna być mieszanka wodoru i tlenu. To dość popularny motyw w SF, które nie ucieka się do silników napędzanych technobełkotem. Dlatego od lat moją wyobraźnię rozpalała wizja Księżyca jako bazy wypadowej w głęboki kosmos - bo wiemy, że w kraterach do których nie dociera Słońce i pod powierzchnią może być dość lodu by odwiedzić cały układ słoneczny. Wreszcie koniec z poleganiem na wieloletnich asystach grawitacyjnych, wyciskaniem każdego ułamka prędkości z korzystnych układów ciał niebieskich. Marzyłem o holowaniu komet na orbitę Ziemi, by ich lód rozbijany na wodór i tlen przy użyciu energii słonecznej napędzał eksplorację planet i księżyców.

Czemu zatem SpaceX postawił na metan w swoim silniku Raptor? W ten sposób skazuje Starshipa, na paliwo tego typu. Czy Elon Musk jest tak zafiksowany na bogatym w dwutlenek węgla Marsie (co umożliwi produkcję metanu na miejscu), że postanowił olać wszystkie inne cele? Niezupełnie. Okazuje się, że metan ma wiele zalet a wodór brzmi ładnie kiedy zapiszemy sobie 2H2 + O2 => 2H2O + dużo rakietowej radości, gorzej jeśli wejdziemy trochę głębiej…

Współcześnie, wśród rakiet napędzanych paliwem ciekłym mamy w zasadzie trzech graczy. RP-1 (od Rocket Propellant-1 lub Refined Petroleum-1), czyli wysoce rafinowaną naftę, wypasioną wersję paliwa lotniczego. Drugim jest ciekły metan, a trzecim ciekły wodór. Przyjrzymy się im w różnych ujęciach. W tym miejscu ważna informacja - tekst oparłem w znacznej mierze na absolutnie świetnym, godzinnym filmie Everyday Astronaut “Is SpaceX's Raptor engine the king of rocket engines?”. Jeśli bariera językowa nie jest problemem i wolicie ruchome obrazki (plus świetne wizualizacje), to nie marnujcie czasu tutaj i idźcie od razu tam. Porównanie paliw jest tylko częścią jego materiału. Wartości które będą się przewijać są wyidealizowane lub uśrednione i mogą się różnić dla poszczególnych praktycznych silników.

Wydajność i produkty spalania
Duża ilość energii wydzielana przy spalaniu wodoru jest jego ogromną zaletą. Wypada świetnie na tle konkurencji. Do mierzenia wydajności w przypadku rakiet stosuje się miarę tak zwanego impulsu właściwego, który mierzy przyrost pędu rakiety dzięki zużyciu jednostki masy paliwa. Matematyka jednostek sprawia, że wartość ta jest mierzona w sekundach:
RP-1    370s
Metan   459s
Wodór   523s

Widać tu wyraźną przewagę wodoru. Ponadto produktem spalania wodoru i tlenu jest… para wodna. Jest to bardzo ważne, bo jeśli chcemy poważnie podchodzić do latania w kosmos, to silniki i rakiety muszą być wielokrotnego użytku. Para wodna nie jest specjalnie groźna dla hydrauliki silnika. Natomiast nafta, mieszanina węglowodorów w czasie spalania w wysokiej temperaturze wytwarza parę wodną, dwutlenek węgla i bardziej złożone związki węgla, czyli w uproszczeniu sadzę, która lubi się osadzać w różnych miejscach i nie robi dobrze silnikowi. Taki oklejony, upaćkany silnik wymaga czyszczenia lub napraw. Metan praktycznie nie produkuje sadzy, jedynie dwutlenek węgla i parę, więc można powiedzieć, że idzie tu w parze z wodorem.

Temperatura spalania
Jest jeszcze jeden parametr w którym wodór wysuwa się na prowadzenie. Jest to temperatura spalania. Niższa temperatura spalania generalnie zapewnia większą żywotność silnika. RP-1 spala się w temperaturze ok 3670°K, podobnie jak metan dla którego jest to 3550°K, natomiast wodór spala się w temperaturze “zaledwie” 3070°K.

Gęstość
Niska gęstość oznacza, że ta sama masa paliwa mieści się w większej objętości, co z kolei oznacza większy zbiornik paliwa. Większy czyli cięższy. A każdy kilogram w drodze w kosmos jest bezcenny. Wodór ma gęstość ponad jedenastokrotnie mniejszą od RP-1 i sześciokrotnie mniejszą od metanu. Trzeba też uwzględnić, że stosunek tlenu do poszczególnych paliw jest różny. Gram RP-1 najlepiej spala się z 2,7 grama tlenu, gram metanu spala się z 3,7 grama tlenu a wodór spala się z aż sześcioma gramami tlenu. Jeśli uwzględnimy oba parametry możemy zobaczyć jak wygląda stosunek wielkości zbiorników z tlenem do zbiorników z paliwem.

Gęstość [g/L]  Tlen:Paliwo     Tlen:Paliwo
              [stosunek masy] [stosunek objętości]
RP-1    813    2,7 : 1         1 : 0,52
Metan   422    3,7 : 1         1 : 0,73
Wodór    70    6 : 1           1 : 2,7

Metan i RP-1 wypadają dość podobnie, wodór… nie. Ale wielkie zbiorniki to tylko jeden z problemów jakie wiążą się ze stosowaniem wodoru. Drobniutkie molekuły wodoru są straszliwie trudne do utrzymania w ryzach. Wodór lubi przeciekać i przeciskać się przez każdą, najmniejszą szczelinę, co za tym idzie wymaga licznych i skomplikowanych uszczelek. A większa złożoność to większe koszty i dodatkowe elementy, które mogą zawieść.

Gęstość tlenu jest na tyle podobna do metanu i RP-1, że oba te rodzaje paliwa mogą być tłoczone do silnika z pomocą jednej turbopompy ze wspólnym wałem. W przypadku wodoru, potrzebna jest osobna turbopompa, znacznie większa i bardziej skomplikowana. (Ta notka jest i tak zbyt długa, żeby pisać o turbopompach i preburnerach więc przyjmijmy, że to dodatkowe elementy silnika, potrzebne by w odpowiedni sposób doprowadzać tlen i paliwo do komory spalania.) Czyli walczymy z przeciekami, które mogą doprowadzić do zapłonu mieszanki nie tam gdzie trzeba. Dodajemy kolejne układy, zabezpieczenia, komplikacje, których można uniknąć w silnikach napędzanych metanem lub RP-1.

Punkt wrzenia
Mówimy dzisiaj o rakietach napędzanych paliwami ciekłymi. Tak się składa, że stan ciekły jest czymś “oczywistym” tylko w jednym przypadku i jest to RP-1. Jego temperatura wrzenia wynosi bowiem 216 stopni Celsjusza. W przypadku metanu trzeba go utrzymywać w temperaturze około -162°C. To jednak nic w porównaniu z wodorem, który trzeba schładzać poniżej -250°C…

Wodór po schłodzeniu trzeba też utrzymywać w niskiej temperaturze, jeśli zacznie się gotować może rozsadzić zbiornik. Czyli potrzeba izolacji - kolejna komplikacja, kolejny ciężar. Tymczasem temperatura ciekłego tlenu i ciekłego metanu są na tyle zbliżone, że można używać wspólnej przegrody między zbiornikami. Pisałem o tym już tutaj. W Starshipie ciekły metan znajduje się nad zbiornikiem z tlenem. Metan na górze przy -180°C jest na granicy zamarzania, natomiast ciekły tlen poniżej przy -180°C jest na granicy wrzenia. Nad ciekłym tlenem formuje się warstwa gazowego tlenu, która działa jak dodatkowa izolacja.

Często mówi się próżni jako o czymś bardzo zimnym, ale to pewne uproszczenie. Próżnia jest przede wszystkim stosunkowo… pusta. A co za tym idzie, nie lada wyzwaniem w kosmonautyce jest pozbywanie się ciepła w przestrzeni kosmicznej. Ludzie, elektronika, powierzchnie oświetlone przez Słońce - wszystko to jest źródłem ciepła, któremu trudno jest gdzieś uciec. Dlatego nawet jeśli myślimy o kosmosie jako o miejscu mroźnym, utrzymanie wodoru w stanie ciekłym na orbicie może być trudne. Żeby nie było - z metanem też nie będzie lekko.


Podsumowując, to okrutnie uproszczone zestawienie… wodór jest bardzo kuszący, na pierwszy rzut oka. W kontekście współczesnej technologii nie wygląda już tak różowo. Ale to tylko rozważania kanapowego inżyniera (dosłownie tak się złożyło, że pisząc ten konkretny tekst siedzę na kanapie, a nie przy biurku). Możliwe, że przyszłość lub bardziej wnikliwe umysły sprawią, że to wodór przejmie prym. Nie będę narzekał, jeśli opracowane zostaną metody sprawnego pozyskiwania, przechowywania i wykorzystywania wodoru i tlenu. Szczególnie jeśli otworzy to przed nami układ słoneczny. Na ten moment jednak wydaje się, że decyzja SpaceX jest bardzo racjonalna, a osiągi ich silnika Raptor są naprawdę imponujące. A Raptory są wciąż ulepszane i rozwijane.



niedziela, 27 czerwca 2021

Co nowego w klimacie? Zapowiedź raportu IPCC 2022

Wstępna wersja raportu IPCC, który ma się ukazać w 2022, został pokazany francuskiej agencji prasowej AFP. Trafili w dobry moment. Po fali upałów przez europę przetoczyły się straszliwe burz, gradobicia wielkości piłek golfowych a Czechy i Polskę nawiedziły trąby powietrzne. Ot, przedsmak tego co sobie szykujemy.

Raporty IPCC to monumentalne prace, liczące tysiące stron. Piąty raport z 2014 roku stworzyło ponad ośmiuset ekspertów (meteorologów, fizyków, oceanografów, statystyków, inżynierów, ekologów, socjologów, ekonomów) z kilkudziesięciu krajów. Na szósty przyjdzie nam jeszcze poczekać, podobnie jak w poprzednich na pewno powstaną dokumenty z podsumowaniami i jeszcze krótsze destylaty dla decydentów. Ale już teraz wiadomo, co nie powinno być zaskakujące, że będzie jeszcze bardziej dewastującą lekturą niż poprzednie.

Według francuskiej prasy tekst brzmi jak czterotysięcznostronnicowy akt oskarżenia wobec ludzkości. Kreśli przyszłość jeszcze ciemniejszą i jeszcze bliższą. Mówi wprost o tym jak fundamentalnie zmiany klimatyczne odmienią życie na Ziemi w najbliższych dekadach. Daje do zrozumienia, że jest to nieuniknione i obecnie możemy tylko ograniczać skalę katastrofy.

Dalsze wymieranie gatunków na bezprecedensową skalę, częstsze zarazy, śmiercionośne upały, zapaści ekosystemów, tonące miasta - to już nie ostrzeżenia dla wnuków i dzieci, tylko realny obraz 2050 roku, to znaczy, że za mniej niż trzy dekady. Przy takich rozważaniach pada czasem pytanie, czy w takim razie już za późno i nic nie ma znaczenia? Oczywiście, że nie. Najlepszym krótkim wyjaśnieniem jakie widziałem od dawna jest grafika, którą umieściłem powyżej.

Istotne jest, że jest szereg punktów krytycznych o których pisałem wielokrotnie są coraz bliżej. Czy XXI wiek będzie walką o przetrwanie, czy tylko niełatwą drogą do lepszej przyszłości? Niestety IPCC raz jeszcze mówi jasno, że zmiany klimatyczne cechuje głęboka niesprawiedliwość - najmniej odpowiedzialni ucierpią najbardziej. Deklaracje wielu państw, cele redukcji nie idą w parze z emisjami, które wciąż osiągają rekordowe poziomy. Mówimy tu o ilościach gazów cieplarnianych, które dalece przekraczają zdolność oceanów czy lasów do ich pochłaniania. W efekcie mamy coraz więcej pożarów lasów, a zakwaszane oceany stara się groźne dla życia. Zagrożone są podstawy wielu łańcuchów pokarmowych, więc ich śmierć może pociągnąć za sobą całe ekosystemy.

Paryskie Porozumienie z 2015 miało na celu “Powstrzymanie ocieplenia znacznie poniżej 2’C (względem preindustralnych temperatur) i starania by ograniczyć ocieplenie 1,5’C.”. Według IPCC jesteśmy na kursie na 3’C. A już 1,5’C może wywołać “postępujące, poważne, trwające setki lat a w pewnych przypadkach nieodwracalne konsekwencje”. Na ten moment Światowa Organizacja Meteorologiczna przewiduje, że mamy 40% szans na przekroczenie poziomu 1,5’C ocieplenia już 2026. Już niedługo sezony pożarowe będą dłuższe i obejmą dwukrotnie większe obszary. Degradacja bioróżnorodności będzie postępować. Rafy koralowe są praktycznie skazane na śmierć. Zmiany klimatyczne zagrażają ekosystemom na których polegają miliony ludzi.

Połowa obecnego stulecia, nawet przy optymistycznym założeniu, że do tej pory ocieplenie będzie nie większe niż dwa stopnie i tak wygląda ponuro. Głód dotykający dziesiątek milionów, dodatkowe 130 milionów ludzi zepchniętych pod próg ubóstwa w ramach postępujących nierówności. Linie brzegowe świata 2050 roku będą frontem walki z podnoszącymi się oceanami i coraz częstszymi i silniejszymi ekstremalnymi zjawiskami pogodowymi. Niedobór wody ma dotknąć od 350 do 410 milionów ludzi, podobnie jak potencjalnie zabójcze fale upałów.

Każdy rok zwłoki zwiększa koszty adaptacji o dziesiątki miliardów dolarów. Najlepszy czas na działanie zawsze będzie wczoraj, rok temu, dekadę temu. Czyli teraz. “Przeciek” AFP wymienia kilka z tuzina zidentyfikowanych przez naukowców punktów krytycznych. Wśród nich topnienie Zachodniej Antarktydy i Grenlandii, które mogą być nieuniknione w świecie cieplejszym o dwa stopnie, a które wystarczą by podnieść poziom wód o 13 metrów. Innym jest przemiana części dżungli amazońskiej w stepy. Kolejnym jest topnienie “wiecznej” zmarzliny w regionach Syberii i Alaski, gdzie miliony ton węgla są utrzymywane w gruncie tylko i wyłącznie przez niskie temperatury.

Tak często mówi się w 2021 o wracaniu do “normalności”. Wiem, że chodzi o post-pandemiczną normalność, wiem jak wiele tragedii sprowadził COVID, ale wracanie do normalności nie powinno być naszym celem. IPCC równocześnie stanowczo mówi o sieci powiązanych wyzwań, które nas czekają, ale podkreśla, że można wiele zrobić by powstrzymać najgorsze scenariusze. Istnieje cała masa źródeł emisji cieplarnianych (energetyka, rolnictwo, przemysł, transport). Istnieją również liczne sposoby by je ograniczać - bezpieczna, niezawodna i niskoemisyjna energetyka jądrowa, diety mocniej oparte o produkty roślinne, nowatorske rozwiązania przemysłowe, elektryfikacja transportu, miasta projektowane z myślą o ludziach a nie o samochodach… Warto pamiętać, że punktem wyjścia takich zmian (jeśli mają być globalne) będzie musiała być polityka. W tym celu jak zawsze konieczna jest edukacja - zarówno ludzi młodych jak i społeczeństwa jako całości. Presję na polityków wywierają różne oddolne inicjatywy jak choćby Extinction Rebellion. Największy wpływ na klimat ma bardzo drobna część ludzkości, która dołoży starań by wpędzać Was w poczucie winy i przekonywać o sprawczości małych, pozornych działań. Warto zmniejszać osobisty ślad węglowy, a przede wszystkim warto wywierać wpływ na innych poprzez polityków.


Informacje o powstającym raporcie IPCC pochodzą z tych dwóch źródeł:
https://phys.org/news/2021-06-climate-impacts-sooner.html
https://phys.org/news/2021-06-climate-impacts-nature.html

Za konsultacje przy tekście dziękuję Konradowi Klepackiemu!


poniedziałek, 21 czerwca 2021

O jedzeniu w kosmosie i samolocie

Inspirację do tej notki stanowił wpis na jednym forum dyskusyjnym. Pada w nim ciekawe pytanie, na które chyba nie podejmę się odpowiedzi pełniejszej niż “nie wiadomo”. Natomiast sama treść pytania sprowokowała mnie do komentarza…

“Recently there was a post here discussing how human taste buds are less sensitive at airline altitude/pressures and whether or not people on ISS felt similar effects. This made me wonder, would our taste buds work better at HIGHER pressures? Would food be tastier (or at least taste more intensely) if we ate it while in a pressure chamber? Or is there a taste bud "peak efficiency" at 1 atmosphere?”

Przyznam, że w samolocie zawsze wszystko mi smakowało, ale nie raz słyszałem o tym, że na wysokości jedzenie smakuje gorzej. Dość powszechnie wiadomo też, że w kosmosie jedzenie nie smakuje tak dobrze jak na Ziemi. Haczyk w tym, że przyczyny w obu przypadkach są kompletnie różne.

Zacznijmy od kosmosu. Ciśnienie na ISS utrzymywane jest na poziomie… jednej atmosfery. Co zabawne ECLSS (Environmental Control and Life Support System - System kontroli środowiska i podtrzymania życia) dba o tak dokładne utrzymanie ciśnienia nie ze względu na astronautów, ale na sprzęt, który jest znacznie bardziej wrażliwy na jego zmiany niż ludzie.

Skupmy się jednak na jedzeniu. Opinie o kosmicznym żarciu są różne, ale przeważają głosy, że smak jest po prostu nijaki. Przyczyn może być wiele, niektórzy zarzucają długi proces przechowywania, inni wtórność mało zróżnicowanej diety. Jednak główną różnicą między “tam” a “tutaj” jest grawitacja. Bez ciążenia płyny w ciałach astronautów nie spływają naturalnie w dół. Powoduje to cały szereg zmian i dolegliwości. W dużym uproszczeniu często mają zapchane i opuchnięte nosy, a jak wiemy zapach to ogromna część smakowania posiłków.

Wiadomo, że wielu astronautów sięga po jedzenie pikantne, choć na Ziemi nie jest to ich typowy smak. Niektórzy twierdzą, że po prostu zupełnie zmieniają się im gusta i np. na orbicie chętnie jedzą masło orzechowe, choć nie lubią go na powierzchni. Tym bardziej można się skłaniać do przekonania że to złożony temat. Grawitacja może być kluczowym czynnikiem, ale nie musi być jedynym.

Zejdźmy z wysokości 400 km na około 10km. Jak wspominałem, nie jestem w grupie krytykującej jedzenie w czasie lotu, ale nie wątpię że coś jest na rzeczy. I tu również rolę może grać więcej czynników. Oprócz oczywistej kwestii ciśnienia dochodzi też suche powietrze a nawet niskie tony silnika.

Suche powietrze to suche nozdrza, więc cząsteczki które pobudziły nasze wrażenia smakowe mają mniejszą szansę trafić tam gdzie trzeba. Niższe ciśnienie to też mniej tlenu we krwi, co jest kolejnym czynnikiem zmniejszającym naszą wrażliwość na smaki. Badania w symulowanych warunkach potwierdziły też, że hałas może stępić wrażenia smakowe. Powodem dla, którego nie doświadczyłem tych nieprzyjemności może być to, że linie lotnicze biorą to wszystko pod uwagę i odpowiednio podbijają smaki swoich dań.

I to w sumie tyle w temacie tego co z naszymi doznaniami kulinarnymi robi kosmos i samolot. Tymczasem przypominam, że Węglowy ma konto na Instagramie. To nie był prima aprilisowy żart (a może był to żart w żarcie), wciąż niezobowiązująco wrzucam tam fotki jedzenia, często acz nie zawsze własnego, czasem polecając jakieś miejsce. Treści popularnonaukowe raczej pozostaną na tym blogu i na fanpage.


czwartek, 10 czerwca 2021

Sztuka trollowania (wśród miliarderów)

Jakie to wszystko się zrobiło głupiutko groteskowe… Dawno nie pisałem (na bloga). Więc pomyślałem, że skreślę kilka słów (na bloga). Ostatnio słuchając kosmicznego podsumowania We Need More Space/To Jakiś Kosmos! dotarło do mnie, że nawet nie wiem od jak dawna śledzę poczynania SpaceX… Wyszło, że co najmniej dekadę, choć firma istnieje od 2002. A wiecie jaka firma istnieje od 2000? Blue Origin.

SpaceX ma na koncie już grubo ponad setkę udanych lotów na orbitę. Firma rozkręca się w takim tempie, że w zasadzie ścigają się tylko z ambicjami swojego ekscentrycznego miliardera. Blue Origin natomiast ma rakietę New Shepard, która wykonała 14 udanych lotów. W tym zero udanych lotów na orbitę. Umieściła teże zero ładunków na orbicie i poleciało nią zero osób. Blue Origin też ma swojego miliardera, nie jest zbyt ekscentryczny, ale jest tak astronomicznie (he he) bogaty, że tylko na tej stronie możecie choć w części pojąć jak bardzo niewyobrażalna jest jego fortuna. Jeff Bezos mimo żadnego lotu na orbitę też ma różne ambicje - np wysyłanie milionów ludzi w kosmos.

A jednak w mediach błysnęła ostatnio mocno wiadomość, że po piętnastu udanych lotach, New Shepard ma wreszcie zabrać ludzi w “kosmos”. Na pewno pomógł fakt, że bilet na lot został wystawiony na aukcji (obecnie cena osiągnęła już $3,8mln za tych kilka minut w nieważkości). No i się zaczęło… “Bezos wyprzedzi Muska” i temu podobne nagłówki. Dziecinne i naiwne dziennikarstwo. Czyli dokładnie to czego można się było spodziewać. A potem jeszcze okazało się, że Bezos sam we własnej osobie ma być na pokładzie. Narracja o rzekomym wyścigu miliarderów w kosmos nabrała na sile.

Więc o co się tak ciskam? O to, że jakby Musk chciał, to by już sobie dawno poleciał. Pewnie mógłby polecieć nawet na ISS i kilka dni tam pomieszkać. A to dlatego, że go stać i że jego Dragony latające na Falconie 9 już to robiły. Z ludźmi. Co oferuje Blue Origin? Lot w górę i kontrolowane lądowanie. To zgoła inna rzecz niż lot orbitalny. To idealna okazja, żeby przypomnieć i polecić mój cykl ze stycznia “Od Newtona Do Bransona”.

Idealna okazja, bo lot Bezosa planowany jest na 20 lipca… i może być tak, że przed tą datą wyjdzie on… cały na biało. Trzeci miliarder, który też ma firmę od “latania w kosmos”, czyli Richard Branson, który być może wsiądzie w swój kosmolot Virgin Galactic i przegoni łysego na ostatniej prostej.

Z jednej strony cały ten nieogłoszony i niesformalizowany w żaden sposób “wyścig” jest głupi… a z drugiej piekielnie bawi mnie idea, że Branson mógłby wyprzedzić Bezosa. A to z kilku powodów. M.in. Bransona da się lubić. Wciąż pamiętam jak po przegranym zakładzie przebrał się za stewardessę konkurencyjnej firmy lotniczej i obsługiwał pasażerów. Branson nie ma wybujałych ambicji, Virgin Galactic od początku miał oferować suborbitalne loty zapewniające kilka minut nieważkości dla turystów. Bezos jak już wspominałem, jeszcze nic nie wysłał na orbitę, a już kilka lat temu opowiadał że marzą mu się wirujące cylindry w kosmosie zaludnione przez miliony ludzi. Żeby nie było - to fajna wizja, pewnie każdy fan SF chętnie by coś takiego zobaczył - ale na ten moment to absurdalny plan, przy którym marsjańskie miasta Muska brzmią jak racjonalny i zrównoważony rozwój cywilizacji ludzkiej. Co dalej… “VSS Unity” w maju dokonał udanego suborbitalnego lotu z załogą, więc Virgin Galactic założony w 2004 roku już osiągnął więcej niż starsza o cztery lata firma Bezosa.

Na koniec ważne info… To o Bransonie to tylko plota (choć Inverse nawet nie nazywa tego plotką). Ale spójrzcie na jego fotę w stroju stewardessy i spróbujcie mi powiedzieć, że “nieee on na pewno tego nie zrobi”. Trzymam kciuki. W tym zwariowanym świecie absurdalny nie-wyścig trzech miliarderów może nie być taki zły, jeśli tylko zwiększy zainteresowanie kosmosem, nauką i technologią.


niedziela, 30 maja 2021

Bill Gates - Jak ocalić świat od katastrofy klimatycznej

Apokalipsa wywołana przez superwulkan albo wielką asteroidę nie martwi mnie nadmiernie. Ale do szału doprowadza mnie perspektywa upadku cywilizacji z powodu głupoty i bezmyślności. A w tym kierunku idziemy w ramach zmian klimatycznych. Bardzo ponurą miniaturkę stanowi pandemia. Ani tak poważna, ani tak groźna, jednak w podobnym stopniu prorokowana przez ekspertów i równie silnie ignorowana. Radzimy sobie z nią koszmarnie, mimo stu milionów przypadków i ponad trzech milionów zgonów wciąż reakcje są słabo skoordynowane, głosy ekspertów ignorowane lub przeinaczane a internet kipi od głupot i fake newsów.

Dlatego właśnie nowa książka Billa Gatesa jest tak ważna. To bardzo konstruktywna, klarowna rozprawa na temat tego jakim wyzwaniem jest katastrofa klimatyczna i o tym jak jej uniknąć. Bo w przeciwieństwie do asteroidy czy superwulkanu mamy tu narzędzia i możliwości by uniknąć najgorszego. Książka robi wrażenie cegły ale pochłania się ją szybko i przyjemnie. Gates pisze prosto i zrozumiale na złożone tematy.

Powiedziałbym, że niewiele miejsca poświęcił na konsekwencje zmian klimatycznych. Ale to chyba dobrze, bo książka mogłaby popaść w fatalistyczny ton, a nie brak źródeł informacji o tym z czym wiąże się katastrofa klimatyczna. A takie straszenie ponoć jest mało konstruktywne. Dzięki temu Gates poświęca bardzo dużo, miejsca na skrupulatne opisanie tego jak bardzo głęboko emisje cieplarniane są wrośnięte w niemal każdy aspekt naszej cywilizacji. Kolejno przechodzi przez to jak wytwarzamy i zasilamy rzeczy, jak produkujemy żywność, wznosimy budowle a następnie je ogrzewamy i chłodzimy.

Daje to bardzo dobrą perspektywę na zróżnicowanie i rozpiętość wyzwań jakie stoją przed ludzkością. To kontekst dla, stosunkowo krótszej, części książki poświęconej adaptacji i rozwiązaniom. Jednocześnie, może dlatego, że te wcześniejsze aspekty są mi znane, tak bardzo podobały mi się rozdziały od 9 do 11, ze stronami 216 i 217 na czele. Bill dużo mówi o realnych rozwiązaniach, które można wprowadzać i stosować już dziś, by skutecznie zmniejszyć najpoważniejsze ze zbliżających się konsekwencji zmian klimatycznych.

Czy książka ma wady? Oczywiście. Jest w niej bardzo dużo o “zielonych dopłatach” a mało o podatku węglowym, który ja nazwałbym po prostu urealnieniem kosztów. Brakowało mi wprost powiedzenia, że niezwykle niska cena taniego i gęstego energetycznie paliwa, jest wynikiem traktowania atmosfery jak wielkiego darmowego ścieku. Niewiele też jest o atomie, choć gdy Gates już o nim pisze i akurat się nie mityguje (bo ma firmę zajmującą się energetyką jądrową) mówi jasno, że to niezawodne, niskoemisyjne źródło energii, które może działać całodobowo niezależnie od pogody. Wspomina też że w przeciwieństwie do wiatraków i fotowoltaiki spotyka się z oporem a nie dofinansowywaniem.

To jednak drobiazgi, nie zakłócającego bogactwa ważnej i dobrze podanej treści na najważniejszy temat z jakim boryka się nasza cywilizacja.


sobota, 15 maja 2021

SpaceX - update #6 (sukcesy, plany i Księżyc)

Stało się. Mamy pierwsze w pełni udane lądowanie Starshipa po którym nie doszło do eksplozji. SN15 wzbił się w powietrze, zniknął w chmurach, potem zniknął też obraz nadawany z kamery, żeby po pewnym czasie wynurzyć się i w pełnej glorii siąść na stanowisku. Zamiast wklejać wideo do notki wrzucę samego linka do oficjalnego filmiku SpaceX. Fantastycznym dodatkiem jest kamera przyczepiona do flapek.

SN15

Nie zabrakło dodatkowych emocji, bo jeszcze przez chwilę gaszono płomienie pod skirtem (ściąga terminologii tutaj) widać było kilka rozbłysków, ale ponoć to tylko wypalające się resztki metanu zgromadzonego pod wspomnianym skirtem. Lądowanie odbyło się na dwóch silnikach, było najgładszym do tej pory, choć prototyp przeszurał trochę po betonie. Mimo tego nóżki spisały się idealnie gnąc się i przejmując energię w zaplanowany sposób.

Jeszcze przed tym testem zastanawiałem się jaki będzie dalszy los SN15 jeśli nie skończy w spektakularnej eksplozji. Czy poleci raz jeszcze? Wiele jednak wskazywało na to, że nie ma takich planów. SpaceX wyciska prototypy w takim tempie, że niemal potykają się o siebie, wszędzie w Boca Chica zalegają komponenty kolejnych modeli, w tym SN20 który miałby polecieć już na orbitę… BN1 poszedł do rozbiórki bez choćby testu ciśnieniowego więc nie… odrzuciłem marzenia o drugim locie SN15. A kwadrans później Elon napisał, że może jednak poleci jeszcze raz.

W momencie gdy powstaje ten tekst SN15 jest już na padzie startowym. Co nie przesądza jeszcze niczego, ale podnosi szanse. Wpierw oględziny, sprawdzenie COPV, potem obstawiam static fire, żeby upewnić się w jakim stanie są silniki. Co do jednego są uzasadnione wątpliwości - ponoć wyłączył się wcześniej, w czasie lądowania nawet nie podjął próby zapłonu. Czy w takim razie czeka go wymiana? Co zabawne, na swój sposób można by w takim wypadku powiedzieć, że już na tym etapie Starship wykazał się niezawodnością w obliczu awarii jednego silnika.


SN16, SN17, biurokracja i boostery

Trochę zamieszania wywoływały zgody na poprzednie testy. Autoryzacja FAA, zgoda na lot itd. Jednak w przypadku SN15 nastąpił chyba wyraźny progress, bo FAA klepnęła od razu całą “nową generację” prototypów dając zielone światło SN15, SN16 i SN17. Ten ostatni niedługo się nim nacieszył. Wygląda na to, że SN15 poradził sobie tak dobrze, że poszedł do rozbiórki. Także jeśli idzie tę generację czekamy teraz na praktycznie ukończony SN16.

Przejdźmy do boosterów Super Heavy. BN1 zgodnie z przewidywaniami i zapowiedziami poszedł do rozbiórki. BN2 który miał trafić na pad przed końcem kwietnia będzie jedynie zbiornikiem testowym. Ale plany co do BN3 wciąż są w mocy. I w sumie nie mam zamiaru się z nich nabijać…


SN20 na orbitę

Otóż biorąc pod uwagę jak sprawnie poradziły sobie ze startem Starhopper, SN5 i SN6, SN8 i w sumie wszystkie kolejne, nie dziwi mnie, że pierwszy kompletny Super Heavy, BN3 ma od razu być pełnoprawnym pierwszym stopniem całego Starshipa.

Michael Baylor opublikował na Twitterze planowany profil lotu. BN3 ma działać przez niecałe trzy minuty, po separacji SN20 będzie grzał przez ponad pięć. Nie okrąży Ziemi całkowicie, z orbity zejdzie wcześniej i ma wodować na północ od Kauai, jeden z wysp Hawajskich. Oba elementy dokonają wodowania, jak nie pójdą na dno, na pewno zostaną wyłowione do ekspertyzy.

Kiedy? Jakoś nie wierzę w lipcowo-sierpniowe plany. Ale myślę, że na pewno w 2021 roku.


Ile załogowych lądowników księżycowych?

W 2024 w ramach programu Artemis NASA chce zabrać ludzi na Księżyc. W przetargu na Human Landing System (HLS) brały udział trzy zespoły SpaceX, Dynetics i "National Team" składający się z Blue Origin, Lockheed Martin, i Northrop Grumman. Po tym jak NASA postanowiła, że wybiera propozycję SpaceX jako jedyną rozgorzała burza. Protesty, oburzenie, w tym nawet krytyka, że prototypy Starshipa się rozbiły, chociaż konkurencja jest ledwie na etapie makiet, nie mówiąc o czymkolwiek funkcjonalnym. Obaj rywale SpaceX postulują też użycie rakiet, które jeszcze nigdzie nie poleciały...

Ale może z tego być jeszcze pożytek. Waszyngtońska senator (to stan w którym siedzibę ma Blue Origin) chce dość radykalnego zwiększenia budżetu HLS, tak by NASA wybrała jeszcze jednego konkurenta. Miałoby to zapewnić stymulującą konkurencję. Albo że Blue Origin przytuli bardzo dużo pieniążków.

Jeśli idzie o mniejsze pieniążki, to SpaceX otrzymał też $50 milionowy kontrakt na opracowanie technologii transferu paliwa kriogenicznego na orbicie [tweet]. Orbitalne tankowanie Starshipów planowane jest od dawna i jest kluczowym elementem planowanych lotów na Marsa.


poniedziałek, 26 kwietnia 2021

Lew, drabina i stara szopa

Zapoznając się z szczególną teorią względności dowiemy się, między innymi, że poruszające się przedmioty ulegają kontrakcji (skróceniu) w kierunku ruchu, choć jest to zauważalne dopiero przy ogromnych prędkościach. Z reguły eksperymenty myślowe tyczą się rakiet, ale zabawnie jest pomyśleć sobie, że mamy niewielką rozpadającą się szopę i wielką drabinę...

Uzbrojeni w nowo nabytą wiedzę możemy sobie wyobrazić, że jeśli odpowiednio rozpędzimy drabinę, ulegnie ona takiemu skróceniu że można by ją zmieścić w szopie. Niedorzeczne, ale naukowcy przecież zapewniają, że efekt jest prawdziwy, mierzalny i sprawdzony wielokrotnie w ciągu ostatnich dekad. Dziwne, ale przecież sprawdzone.

Wtedy jednak może nas uderzyć myśl, że przecież z perspektywy drabiny, to szopa uległaby skróceniu, więc zmieszczenie się w szopie byłoby jeszcze bardziej nierealne! Problemu nie rozwiąże stwierdzenie, że któryś punkt odniesienia jest gorszy, bo drabina się rusza. Wiemy dobrze, że dopóki drabina porusza się ze stałą prędkością, choćby nie wiem jak bliską prędkości światła, jest równoprawnym punktem odniesienia. Wydaje się zatem, że mamy tu paradoks. Nazwano go nawet “paradoksem drabiny”.

Czy zatem da się zmieścić czterometrową drabinę w dwumetrowej szopie? Wyobraźmy sobie, że mamy dwóch bardzo szybkich entuzjastów fizyki - Wernera i Richarda. Wymyślają oni prosty eksperyment. Werner rozbiegnie się do prędkości zbliżonej do prędkości światła i przebiegnie z drabiną przez szopę. Richard użyje specjalnego mechanizmu, żeby zatrzasnąć na ułamek sekundy oba wejścia do szopy, kiedy skrócona drabina (i spłaszczony Richard) będą w środku. Jeśli się uda, Richard może stwierdzić, że perspektywa szopy jest słuszna. Jeśli to perspektywa drabiny jest słuszna, Werner jest przygotowany na to, że drzwi króciuteńkiej szopy zatrzasną się na jego drabinie.

Postanówmy oglądać eksperyment siedząc koło szopy na wielkim kamiennym lwie (bo wiecie, tytuł notki). Można powiedzieć, że jesteśmy w układzie odniesienia szopy. Widzimy nadbiegającego, płaskiego jak kartka Wernera z króciutką drabinką. Richard niezawodnie naciska guziczek, drzwi zamykają się i niemal natychmiast otwierają. Przybijamy sobie piątkę z Richardem, sprawa rozwiązana. Po chwili jednak dołącza do nas Werner, ale nie wygląda na pokonanego tylko rozzłoszczonego. Oznajmia, że mechanizm dał ciała i wpierw zamknęły się tylne drzwi szopy, gdy drabina już była częściowo w krótkiej szopie, a dopiero gdy już ją opuszczał na chwilę zatrzasnęły się przednie drzwi, które już minął.

Co się stało? Skrócenie długości, jest tylko jednym z skutków bardziej podstawowego postulatu szczególnej teorii względności. Kluczowy jest fakt, że prędkość światła w próżni jest stała dla wszystkich inercjalnych układów odniesienia. Ten prosty, ale diabelnie nieintuicyjny, pozornie sprzeczny i przede wszystkim prawdziwy (przynajmniej zgodnie z circa setką lat eksperymentów i badań) postulat, owocuje tak dziwnymi efektami.

Haczyk tkwi w tym, że jedne i drugie drzwi szopy miały zamknąć się jednocześnie. Tyle, że to co dzieje się jednocześnie dla Wernera, niekoniecznie dzieje się jednocześnie dla Richarda. Skrócenie długości i dylatacja (spowolnienie) czasu zachodzą zgodnie z transformacjami Lorentza. Powinienem teraz przedstawić tu trochę matmy, ale stwierdziłem, że tego nie zrobię. Zakładam, że część z Was, która nie ma problemów z matmą i tak zna te przekształcenia, więc nieudolnie powtórzyłbym lepszych komunikatorów nauki i nauczycieli. Pozostałą część natomiast mogłyby odrzucić wzory, więc nie ma to sensu.

Dlatego przejdźmy do bardziej daleko idących wniosków. Jeśli poprzekształcamy te wzory, to zobaczymy matematycznie to, co wynika z genialnych koncepcji Einsteina - że czas i przestrzeń są powiązane. Jedno z świetnych przedstawień w wykonaniu Dona Lincolna (również zawierające fragment o paradoksie drabiny) [https://www.youtube.com/watch?v=-Poz_95_0RA] zawiera trafną myśl - obliczenia nie zmienią się jeśli zabierzemy drabinę. Punkty opisujące pozycje w czasie i przestrzeni wciąż będą podlegać tym efektom. Gdyby Werner biegł z drabiną i jeszcze z zegarem, z perspektywy szopy wyglądałoby na to, że jego zegar jest tyka wolniej. Co więcej gdyby zegary umieścić na końcach drabiny, ich wskazania (wciąż mówimy o zewnętrznym obserwatorze) byłyby różne.

Szczególnie fascynujące dla mnie jest to, jak szczególna teoria względności pokazuje nam, że przeszłość i przyszłość są tak samo realne jak teraźniejszość. Nasze “teraz” w innym punkcie czasoprzestrzeni już dawno minęło, a w jeszcze innym punkcie jeszcze nie miało miejsca.

Teoria względności może wydawać się dziwna i absurdalna, ale wszechświat ma gdzieś naszą intuicję i *tfu* zdrowy rozsądek. Właśnie dzięki stałości prędkości światła i tym wszystkim dziwactwom, wszystko ma sens i funkcjonuje.


sobota, 10 kwietnia 2021

Ingenuity, cyber-małpa, fart w kosmosie i tłum na ISS

9 kwietnia 2021 był niezwykłym dniem. Postaram się jak najkrócej opisać dlaczego.

Ingenuity
Marsjański dron załopotał swoimi wirnikami. To jeszcze nie pora na lot, więc rozpędził je tylko na chwilę prędkości zaledwie 50 obrotów na minutę. To jeden z ostatnich sprawdzianów przed lotem, który ma się odbyć w niedzielę. W związku z tym dostaliśmy ładny urywek nagrania z łazika Perseverance i już wiemy na co mniej więcej możemy liczyć w trakcie konferencji prasowej, która odbędzie się w poniedziałek 12 kwietnia o 9:30 czasu polskiego.


Neuralink
W nawale wrażeń kompletnie zgubił się film od Neuralinka. Prezentuje on makaka, któremu wszczepiono neuralinka w okolicy kory ruchowej. Małpkę wyszkolono w co najmniej dwóch grach z joystickiem - pongu i przesuwaniu kursora na oznaczone pole. Pager jest wynagradzany bananowym smoothie za poprawną grę. Feed na żywo z mózgu małpy pozwolił zidentyfikować jaka aktywność kory ma się do tego jak steruje grą.

Następnym etapem jest odłączenie joysticka i połączenie gry z przeprocesowanym sygnałem bezpośrednio z mózgu małpy. MindPong to prawdopodobnie to o czym bez uzgodnienia z współpracownikami wspominał Elon Musk na konferencji z połowie 2019.

Z czasem ta technologia może znacznie polepszyć życie wielu ludzi dotkniętych niepełnosprawnościami.


Bliska kolizja
Niewiele brakowało a wczorajszy dzień mógł być początkiem smutnego okresu w podboju kosmosu. Istniała wysoka, jak na kosmiczne standardy, dwudziestoprocentowa szansa, że drugi stopień rakiety Kosmos 3M wystrzelonej w 1981 zderzy się ze starym satelitą meteorologicznym z 1978 roku. Do zderzenia doszło by z prędkością ok 14 kilometrów na sekundę.

Gdyby do niego doszło, powstałyby potencjalnie miliony odłamków, które rozciągnęły by się w dwóch pasach oplatających Ziemię, które mogłyby powodować kolejne kolizje. Kaskada takich zderzeń zamknęłaby kosmos dla nas. Mieliśmy szczęście. Nie po raz pierwszy.

Syndrom Kesslera jest realnym zagrożeniem. W 2008 zbliżyliśmy się do niego bardziej gdy Iridium 33 i Kosmos-2251 zderzyły się na orbicie. Odłamki z tej kolizji wciąż krążą choć istotna ich część spłonęła w atmosferze w ciągu minionej dekady.

Są pewne pomysły na czyszczenie orbity, ale póki co nikt się nie kwapi, żeby rzeczywiście to robić. Pomysły to łapanie kosmicznych śmieci w siatkę i ciągnięcie tak by spłonęły w atmosferze, doczepianie od nich żagli słonecznych, by zwolniły i spłonęły w atmosferze i strzelanie w nie laserem tak by je zwolnić, by spłonęły w atmosferze.


Dziesięć osób na ISS
Wczoraj również miał miejsce start i dokowanie kapsuły Soyuz z ISS. W związku z tym na stacji kosmicznej znajduje się obecnie aż dziesięć osób. Sergey Ryzhikov, Sergey Kud-Sverchkov, Kathleen Rubins przylecieli Soyuzem “Favor”. Michael Hopkins, Victor Glover, Soichi Noguchi, Shannon Walker przylecieli na pokładzie Dragona SpaceX (pierwszy komercyjny i “operacyjny” lot załogowy w kosmos, poprzedni był misją “demo”). No i wreszcie Oleg Novitsky, Pyotr Dubrov, Mark T. Vande Hei dołączyli wczoraj na pokłądzie Soyuza “Gagarin” (w poniedziałek 12 kwietnia będzie sześćdziesiąta rocznica wysłania pierwszego człowieka w kosmos).


NASA JPL (zapowiedź konferencji Ingenuity)
Neuralink (Mind Pong)
EU Space Surveillance and Tracking (Potwierdzenie, że nie doszło do kolizji)
Everything SpaceX (Tłumek na ISS)


piątek, 9 kwietnia 2021

Czarna wdowa w kosmosie

Kiedy wirująca łyżwiarka układa rozłożone wcześniej ręce wzdłuż ciała jej prędkość obrotowa gwałtownie wzrasta. Te artystyczne występy są jednocześnie pięknym pokazem jednej z fundamentalnych zasad wszechświata. Dlatego nauczyciele fizyki tak lubią wspominać o łyżwiarkach, gdy przychodzi czas by mówić o zasadzie zachowania momentu pędu. Jest może mniej słynna niż zasada zachowania energii, ale równie nienaruszalna.

Oznacza to, że jeśli nie ma zewnętrznych wpływów, to iloczyn momentu bezwładności i prędkości kątowej będzie niezmienny. Jeśli masę przesuniemy bliżej środka obrotu będzie mieć mniejszą bezwładność, więc jej prędkość kątowa wzrośnie. Dlatego wielu fajnych nauczycieli opowiada o zgrabnych łyżwiarzach i łyżwiarkach a potem wskakuje na obrotowe krzesło z dwoma ciężarkami. Zaczynają się kręcić i zbliżają ciężarki do siebie lub oddalają żeby pokazać jak zmienia się prędkość z którą się obracają. Voila! Fizyka.

Podobny efekt działa w przypadku niektórych umierających gwiazd. Gwiazdy neutronowe powstają gdy gwiazdy większe i cięższe od naszego Słońca zapadają się. Odrzucają wtedy sporą część swojej masy w przestrzeń, pozostawiając rdzeń, trochę cięższy od naszej gwiazdy, zmiażdżony do rozmiaru raptem kilku kilometrów. Efekt? Te kosmiczne łyżwiarki, ważące kwintyliony kilogramów, którym jeden obrót zajmował dni, obracają się teraz tysiące razy na sekundę.

Czasem pole magnetyczne gwiazdy neutronowej jest nachylone względem osi jej obrotu. W związku z tym, niektóre z nich niezwykle regularnie omiatają Ziemię wiązką silnego promieniowania. Pulsary. Działają jak wielkie kosmiczne latarnie morskie. Regularność ich pulsowania dorównuje zegarom atomowym. To jedna z cech, które sprawiły, że są one bardzo istotnym elementem badań kosmosu. Ta regularność sprawia też, że wszelkie odstępstwa, wszelkie nieregularności sprawiają, że astronomowie wiedzą, że dzieje się coś ciekawego.

Gdy w 2012 roku kosmiczny teleskop Comptona zaobserwował trudne do zidentyfikowania źródło promieniowania gamma, zaczęto obserwować ten punkt nieba w innych zakresach fal. Gdyby był to pulsar, powinny mu towarzyszyć dopasowane emisje radiowe, tu występowały one, ale zdecydowanie rzadziej niż się spodziewano. Ponadto błyski gamma pojawiały się co 2,5 milisekundy, co sugerowało, że pulsar wiruje z prędkością 400 obrotów na sekundę. Pulsar powinien wirować tak szybko jedynie tuż po wybuchu supernowej, potem szybko wytracić prędkość w ciągu pierwszych lat. Wtedy jednak byłby w centrum rozrzuconych resztek eksplodującej gwiazdy.

Resztek martwej gwiazdy nie było, ale udało się zaobserwować małą, lekką gwiazdę, która wydawała się zmieniać barwę z czerwonej na niebieską w półtoragodzinnym cyklu. Wkrótce astronomowie mieli już gotowe wnioski. Źródłem sygnału istotnie był pulsar. Pulsar będący w ekstremalnym, przemocowym układzie podwójnym. Nie bez powodu gwiazdy neutronowe tego typu zasłużyły sobie na miano czarnych wdów...

PSR J1311–3430 ma masę 2,7 raza większą od naszego Słońca i rozmiar kilkunastu - kilkudziesięciu kilometrów. Część tej masy zawdzięcza swojej drobnej towarzyszce. Podobnie jak moment pędu. Gdy PSR J1311–3430 zbliżył się do swojej towarzyszki, zwyczajnej gwiazdy rozpieranej od środka przez proces fuzji jądrowej, zaczął przyciągać jej zewnętrzne warstwy na swoją powierzchnię. Łyżwiarka dostała nowe ręce. Nowa masa pozwoliła mu raz jeszcze zwiększyć prędkość wirowania, a co za tym idzie energię z jaką omiata wszystko dookoła. W tym pechową gwiazdę. Dodatkowym dowodem na to, że towarzyszka pulsara została ograbiona z zewnętrznych warstw jest fakt, że nie wykryto w niej wodoru, jedynie cięższy hel, który musiał znajdować się w wewnętrznych warstwach.

A co z tym migotaniem? Oba obiekty znajdują się w odległości około pół miliona kilometrów. To tylko trochę więcej niż dystans między Ziemią a Księżycem. Okrążenie zajmuje raptem 93 minuty. W tej odległości połowa gwiazdy, która jest skąpana w potężnych promieniach pulsara rozgrzewa się do 12 000°C i świeci jasno niebieskim światłem, niczym bardzo masywne gwiazdy. Druga strona, jest znacznie chłodniejsza - 2700°C, co bardziej pasuje do malutkiej, czerwonej gwiazdy.

To jednak nie koniec morderczego działania pulsara. Jego promieniowanie powoli odrywa i wyrzuca w przestrzeń resztki słabej gwiazdy, formując długi, spiralny warkocz. I to on wyjaśnia ostatnią zagadkę, czyli urywane emisje radiowe. Rozciągnięte pasmo gazu przez większość czasu rozprasza fale radiowe z pulsara, więc nasze radioteleskopy tylko co jakiś czas mogą je wychwycić. Masa gwiazdy jest zbyt mała by mógł z niej powstać choćby biały karzeł. Więc kiedyś pozostanie z niej jedynie dysk gazu i pyłu. Dlatego właśnie niektóre pulsary zasługują na miano “czarnych wdów” na wzór pająków, których samice pożerają swoich partnerów.


Super-Dense Neutron Star Is Fastest Ever Seen
PSR J1311–3430
Black_Widow Pulsar
First black widow pulsar found from gamma ray observations
A black widow's Tango Mortale in gamma-ray light