Technologie

Panie pilocie, dziura w samolocie!

Samolot stosowany w projekcie SOFIA

Trzymetrowa dziura w poszyciu jumbo jeta to zazwyczaj materiał na film katastroficzny (brakuje tylko węży). Tymczasem w należącym do NASA B747 nazwanym Clipper Lindbergh pojawienie się takiego otworu w trakcie lotu nie jest czymś niespodziewanym, ani niebezpiecznym.

Samolot ten został specjalnie przekonstruowany, aby móc przenosić 2,5-metrowej średnicy teleskop programu SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy – Stratosferyczne Obserwatorium Astronomii w Podczerwieni).

Po co w ogóle montować teleskop w samolocie? Mogłoby się wydawać, że więcej z tym zachodu niż pożytku. Otóż szczególnie w przypadku obserwacji prowadzonych w zakresie promieniowania podczerwonego, ziemska atmosfera (a konkretnie atomy wodoru wchodzące w skład cząsteczek pary wodnej) pochłaniają znaczącą ilość interesujących nas fal. Z tego powodu im wyżej umieścimy teleskop, tym więcej podczerwonego „światła” może on zarejestrować.

Oczywiście najlepiej byłoby teleskop wynieść na orbitę okołoziemską (jak obserwatorium Hubble’a), czy wręcz okołosłoneczną (jak planowane obserwatorium Webb-a), jednakże koszty takich obserwatoriów są kolosalne w porównaniu z kosztami umieszczenia teleskopu w samolocie, nawet jeśli wiąże się to z poważnymi przeróbkami.

Poszycie samolotu z otwartym i zamkniętym otworem

Wyzwania inżynieryjne, jakim musieli stawić czoło projektanci tego wyjątkowego obserwatorium, były niezwykłe. Aby wyeliminować wpływ turbulencji i drgań pojazdu na układ optyczny teleskopu, został on zamontowany w olbrzymim łożysku olejowym. Trzy żyroskopy zabezpieczają układ przed wpływem nagłych wstrząsów i podmuchów wiatru oddziaływających bezpośrednio na konstrukcję teleskopu.

Można sobie wyobrazić, że tak znacznych rozmiarów otwór w poszyciu może w istotny sposób wpływać na sterowność samolotu (prędkość przy której prowadzone są obserwacje to ponad 800 km/h). Udało się jednak zminimalizować ten efekt zmieniając w tej części obrys kadłuba tak, aby powietrze opływało go w taki sposób, jakby otworu w ogóle tam nie było.

Samolot projektu SOFIA z otwartym otworem teleskopowym

Osobnym problemem był także wpływ temperatury otoczenia na dokładność obserwacji. Główne zwierciadło teleskopu oraz niektóre elementy montażu wykonano z Zeroduru – ceramicznego materiału, którego cechą szczególną jest praktycznie zerowa rozszerzalność termiczna. Cały teleskop jeszcze przed startem jest schładzany do temperatury jaka panuje na wysokości 12km po to, aby gwałtowne schładzanie po rozpoczęciu obserwacji nie wpływało negatywnie na rejestrowane obrazy. Z kolei po zakończeniu obserwacji i podczas zniżania komora teleskopu jest powoli podgrzewana i osuszana, aby zapobiec osadzaniu się wilgoci na wrażliwej aparaturze.

Wszystkie te zabiegi sprawiają, że podczas obserwacji warunki pracy teleskopu są nie gorsze od tych w obserwatoriach umieszczonych na szczytach gór.

Obok samego teleskopu w samolocie znajduje się zestaw aparatury obserwacyjnej. W tym zakresie najlepiej widać przewagę teleskopu „lotniczego” nad kosmicznym. Jak dotąd tylko Kosmiczne Obserwatorium Hubble’a zostało zaprojektowane z możliwością wymiany zainstalowanej aparatury obserwacyjnej, a każda taka wymiana jest operacją kosztowną i niebezpieczną. Tymczasem SOFIA, której żywotność planuje się na 20 lat, daje możliwość wymiany aparatury praktycznie po każdym lądowaniu (w praktyce częstotliwość zmian będzie oczywiście mniejsza).

Zdjęcia Jowisza wykonane podczas pierwszego lotu SOFIA (po prawej)

Czy więc SOFIA dostarczy nam równie spektakularnych obrazów wszechświata jak Hubble? Niestety nie. Mimo, że rozmiary zwierciadeł obu teleskopów są porównywalne (zwierciadło Hubble’a ma 2,4m średnicy; SOFIA – jak pamiętamy – ma zwierciadło o 10cm większe), to musimy pamiętać, że Hubble dokonuje obserwacji przede wszystkim w świetle widzialnym i ultrafioletowym. SOFIA zaprojektowana została do obserwacji w falach podczerwonych, a więc dłuższych, co oznacza, że aby osiągnąć porównywalną rozdzielczość, jej zwierciadło musiałoby być wielokrotnie większe. Niemniej jednak jest to obecnie jedno z najdokładniejszych obserwatoriów podczerwieni i astronomowie z niecierpliwością oczekują na dane, które będą przezeń zbierane przez minimum trzy dni w tygodniu, przez kolejne 20 lat.

Więcej informacji:
www.sofia.usra.edu
arxiv.org
Print Friendly

O autorze

Michał Jarosz

Inżynier automatyki i robotyki. Utrzymuje się z projektowania systemów bazodanowych. Dorywczo koordynator badań klinicznych. Członek Association for Computing Machinery. Założyciel i opiekun zespołu obliczeń rozproszonych BOINC@Poland. Na koncie jeden maraton i aspiracje do kolejnych.

  • Patrycja

    Michał- nie zawiodłeś!

  • Trzeci tekst i już ciągną do Ciebie fanki ;)

    • Czy to już pora myśleć o napisaniu książki?

      • myślę, że dziewczyny wolą takich co publikują na badania.net, a nie piszą książki ;)

  • Dzisiaj SOFIA wykonała pierwsze obserwacje naukowe:
    http://www.nasa.gov/home/hqnews/2010/dec/HQ_10-314_SOFIA_UPDATE.html

  • Optyk

    Mam nadzieję, że doczekamy się teleskopu pracującego w świetle widzialnym, latającego na wysokości 12 – 20 km. Czy mocno rozrzedzone powietrze na takiej wysokości mogło by poprawić rozdzielczość i inne parametry astronomicznych obserwacji? Czemu nie?