Kosmoso tyrimams – KTU mokslininkų sukurta technologija

Žaibiškai tobulėjant technologijoms atsiveria nauji keliai gyvybės Raudonojoje planetoje paieškų misijai. Europos kosmoso agentūra (ESA) planuoja antrąją misiją, kurios metu Marse vėl bus ieškoma nežemiškos gyvybės. Ambicingiems kosmoso tyrimams reikalingi inovatyvūs technologiniai sprendimai. Vieną tokių – jutiklį medžiagų testavimui – ESA sukūrė Kauno technologijos universiteto (KTU) mokslininkų komanda.

„Tam, kad kosminis aparatas sėkmingai pasiektų tikslą, daug svarbių darbų turi būti padaryta Žemėje“, – teigia su ESA bendradarbiaujantis KTU Matematikos ir gamtos mokslų fakulteto (MGMF) Mikrosistemų ir nanotechnologijų mokslo centro (MNMC) direktorius, profesorius Valentinas Snitka.

2020-aisiais – nauja misija į Marsą

Nepaisant prieš 13 metų ištikusios nesėkmės, kai dingo pirmasis Marse nutūpęs ESA zondas, agentūra ir toliau siekia išsiaiškinti, ar egzistuoja Marse gyvybė. Atsakymo į šį klausimą ESA, kartu su Rusijos kosmoso agentūra „Roskosmos“, ieškos antrosios „ExoMars“ misijos metu. Nauji tyrimai Raudonosios planetos paviršiuje planuojami 2020 metais.

„Bus matuojamas atmosferos kitimas, slėgis, UV spinduliuotės intensyvumas, ieškoma bet kokių biopėdsakų, leisiančių spręsti apie dabar arba kažkada Marse egzistavusią gyvybę“, – įžvalgomis dalijosi KTU MGMF Fizikos katedros docentė Judita Puišo.

Pasitelks naujos kartos tyrimus

Numatomoje misijoje bus naudojamas „ExoMars Rover Pasteur“ marsaeigis, aprūpintas egzobiologijos įranga ir panoraminės kameros sistema, leisiančia pažvelgti „žmogaus-tyrėjo akimis“ bei atlikti tyrimus marsaeigio aplinkoje, fiksuoti Marso geologiją, parinkti tolesnių tyrimų mėginius.

J. Puišo teigimu, ankstesnių misijų metu tirta tik planetos atmosfera ir paviršinis uolienų sluoksnis. Naujojoje misijoje bus renkami organiniai mėginiai ir galimos biokolonijos, įsitvirtinusios 2 metrų gylyje, nepaveiktos ultravioletinės spinduliuotės, oksidacijos. Siekiant, kad naujasis marsaeigis ne tik atliktų tyrimus Marso paviršiuje, bet ir sėkmingai pasiektų planetą, susiduriama su įvairiais technologiniais iššūkiais – kosminio aparato modelis privalo atlaikyti ilgą kelionę iš Žemės ir įskriejimą dideliu greičiu į anglies dvideginio turtingą, bet išretėjusią atmosferą.

„Norint, kad operacijos metu kokybiškai ir sėkmingai dirbtų kosminės raketos, zondai, teleskopai, Žemėje turi būti išbandomi jų komponentų prototipai. Atlikdami bandymus ir matavimus mokslininkai sprendžia įvairias technologines problemas“, – apie pasiruošimą kosminei misijai pasakojo V. Snitka.

Matavimų tikslumas molekulėmis

Anot KTU profesoriaus, agentūra turi išspręsti klausimą dėl medžiagų, naudojamų kosminių aparatų gamybai, parinkimo. Tai yra svarbu, nes medžiagos, susidūrusios su kosminės spinduliuotės ir saulės poveikiu, išskiria įvairias daleles, galinčias pakenkti aparato optiniams prietaisams, sutrikdyti jo veiklą arba jį sugadinti.

„Prieš gaminant kosminį aparatą būtina ištirti, kokios medžiagos yra saugiausios, mažiausiai kenksmingos astronautams ir aparatūrai, turinčios mažiausią taršos kiekį. Tam reikalingi didelio jautrumo jutikliai, galintys medžiagų išskiriamus komponentus pamatuoti molekulių lygiu“, – teigė V. Snitka.

Technologija sukurta KTU

ESA ieško naujų medžiagų, tinkamų kosminiams prietaisams gaminti. Jos užsakymu KTU MNMC sukūrė technologiją, leidžiančią pamatuoti medžiagų tinkamumą ir nustatyti išskiriamų teršalų kiekį atskirų molekulių jautrumu.

„Sukūrėme matavimo priemonę – jutiklius, kuriuos ESA mokslininkai dabar išbando. Konsultuojame juos ir dėl medžiagų tyrimų atlikimo“,– apie partnerystę pasakojo V. Snitka. KTU MNMC kurtą technologiją ESA ketina naudoti ir ruošiant marsaeigį antrajai „ExoMars“ operacijai, o šiuo metu agentūroje besistažuojanti mokslo centro doktorantė padeda įsisavinti KTU mokslininkų kurtą inovaciją.

Iššūkis išvengti klaidingų duomenų

Ruošiant marsaeigį istorinei misijai susiduriama ir su kitomis problemomis, kurias tenka spręsti darbų eigoje. Pasak J. Puišo, dėl ozono koncentracijos Marso atmosferoje, milžiniškas ultravioletinių spindulių srautas pasiekia planetos paviršių. Dėl to pakinta ne tik atmosferos, bet ir dirvožemio cheminė sudėtis. Organinių medžiagų skilimo produktai gali nusėsti ant marsaeigio ar jo nešėjo paviršiaus ir pateikti „klaidingus duomenis“ atliekant gyvybės paieškos tyrimus. O dėl planetos paviršiuje vykstančių fotochemijos ir oksidacijos procesų išnyksta „tikrosios“ saulės apšviečiamų objektų spalvos.

„Aberistvito universiteto profesorius Dave‘as Barnesas iš Didžiosios Britanijos, kartu su kolegomis, sukūrė 3D panoraminę kamerą, kuri, atlikusi spalvų korekciją, leis pažvelgti į Marso paviršių „žmogaus-tyrėjo“ žvilgsniu. Bet norėdami padaryti šiuos spalvų pakeitimus, mokslininkai susidūrė su dar vienu iššūkiu – spalvų etalonais, kurie privalo išlikti stabilūs net ir veikiant didelio intensyvumo ultravioletinei spinduliuotei“, – pasakojo docentė.

Tyrimuose – viduramžių vitražo meistrų paslaptys

Siekdami užtikrinti panoraminės kameros vaizdų autentiškumą, britų mokslininkai pasitelkė viduramžių bažnyčių vitražo gamybos technologiją. Moksliniai tyrimai atskleidė, kad ultravioletinė spinduliuotė nežymiai deformavo arba visai nepakeitė vitražo spalvos, nors patys spinduliai jau daugelį šimtmečių nuolat apšviečia vitražus. Spalvų centrus vitražuose kuria nanodalelės, apibūdinamos, kaip efektyvūs ultravioletinės spinduliuotės blokatoriai. Metališkosios nanodalelės sustabdo ne tik chemines reakcijas, keičiančias stiklo spalvas, bet ir suteikia išskirtines galimybes išgauti visą norimą spalvų spektrą nenaudojant papildomų cheminių medžiagų.

„D. Barnesas pasakojo, kad sprendimą problemai jų mokslininkų komanda rado senovinėse chemijos knygose ir atlikdami įvairius bandymus sukūrė stiklus, anksčiau niekada nenaudotus Marso misijose“, – teigė J. Puišo.

Kosminės technologijos kasdieniame gyvenime

Visame pasaulyje kuriamos mokslininkų inovacijos sukelia perversmus ne tik kosmoso tyrimuose, bet ir kasdieniame gyvenime. Pasak profesoriaus V. Snitkos, daugybė kosminių technologijų integruojasi į pramonę, valstybinį sektorių, o kosmoso tyrimų srityje kuriamos inovacijos pritaikomos ir daugelyje kitų sričių: aplinkosaugoje, medicinoje, maisto pramonėje.

„Mūsų kuriamais jutikliais galima tirti ir pieno užterštumą, kontroliuoti maisto produktų kokybę ar kenksmingų medžiagų kiekį naudojamoje produkcijoje“, – sako KTU profesorius.