Chceš byť súčasťou workshopu, počas ktorého s ďalšími 19 účastníkmi navrhnete vesmírnu stanicu? Máš záujem otestovať svoje znalosti a pomocou nich riešiť výzvy spojené s posielaním ľudí do vesmíru? Chceš sa popritom naučiť pár vecí od skutočného astronauta? Inštitút pre vesmírne systémy stuttgartskej univerzity do konca apríla prijíma prihlášky študentov a mladých profesionálov na Space Station Design Workshop 2020.
Poznámka: organizátori prijímajú prihlášky aj napriek súčasnej situácii a pravdepodobne formát workshopu prispôsobia jej ďalšiemu vývoju. Podrobnosti k prihláške sú nižšie.
Space Station Design Workshop
Minulý rok som letnú dovolenku strávil netradične a pomerne aktívne. Už predtým som zaregistroval, že Univerzita v Stuttgarte, presnejšie jej Inštitút pre vesmírne systémy (IRS Stuttgart), organizuje už niekoľko rokov každé leto Space Station Design Workshop (SSDW). Cieľ je relatívne jednoduchý – na základe zadania pre daný rok účastníci musia navrhnúť misiu s ľudskou posádkou. K tomuto jednoznačnému cieľu však vedie komplikovaná a prepletená cesta, počas ktorej je nutné nájsť rovnováhu medzi subsystémami a zmestiť sa do technických obmedzení. A navyše, celý workshop trvá len týždeň, z čoho prvé dni sú venované prednáškam, čiže času na návrh misie a stanice nie je veľa.
Dobrou správou je, že na túto výzvu človek nie je sám. Workshop je koncipovaný ako súťaž dvoch tímov, ktorých dizajny sa na záver vyhodnotia a porovnajú. V jednom tíme je 20 členov, každý člen má jasne určené úlohy alebo subsystém, za ktorého vývoj zodpovedá. Cieľ misie workshopu sa každý rok mení. V predchádzajúcich ročníkoch tímy riešili návrh staníc na Mesiaci, Marse, obežnej dráhe Zeme, v cislunárnom priestore a aj medzi asteroidmi.
Okrem technických skúseností majú účastníci tiež príležitosť vyskúšať si súbežnú prácu vo veľkom, medzinárodnom a multidisciplinárnom tíme. So závažnými problémami, na ktoré počas workshopu narazia, sa môžu obrátiť na expertov z akademických, ale aj priemyselných kruhov, ktorí sú počas týždňa k dispozícií. Medzi nimi je aj bývalý astronaut Európskej vesmírnej agentúry Prof. Dr. Reinhold Ewald, ktorý v roku 1997 navštívil vesmírnu stanicu MIR – čiže o odborné znalosti z prvej ruky nie je núdza.
Ako prežiť na Venuši?
Ročník 2019 SSDW, teda ten, ktorého som sa zúčastnil aj ja, mal vytvoriť udržateľnú stanicu pre ľudskú posádku na Venuši. Táto planéta je lákavým cieľom, pretože rovnako ako Mars je susednou planétou Zeme. Na rozdiel od Marsu má však gravitáciu podobnú Zemi (0.98g) a podstatne hustejšiu atmosféru. Druhý bod so sebou prináša aj mnoho komplikácií. Atmosféra Venuše je taká hustá, že priemerná teplota na jej povrchu prevyšuje 460°C a tlak na povrchu je 93 bar – tlak zodpovedajúci vyše 90-násobku atmosférického tlaku na Zemi, alebo ekvivalent tlaku, ktorý nájdeme takmer 1 kilometer pod hladinou mora. Životnosť prístrojov je v takýchto podmienkach krátka, držiteľom rekordu je sovietska sonda Venera 13, ktorá z povrchu vysielala údaje 127 minút. Pre porovnanie, rover Opportunity na Marse fungoval 15 pozemských rokov.
Povrch Venuše preto momentálne pre ľudskú posádku nepripadá do úvahy. Alternatívou je pobyt v atmosfére za pomoci aerostatov – balónov alebo vzducholodí. Vo výškach zhruba 55 kilometrov sú teploty a tlak atmosféry Venuše prijateľnejšie – teplota sa pohybuje okolo 25 stupňov a atmosférický tlak je približne 0.5 bar, t. j. polovica tlaku, ktorý nájdeme na povrchu Zeme. Atmosféra sa skladá primárne z oxidu uhličitého (96.5%), dusíku (3.5%) a stopových množstiev ďalších prvkov. Takáto stanica je teda technologicky možná, ale prináša so sebou konštrukčné výzvy, na ktoré treba nájsť odpovede.
Keďže Venuša je bližšie k Slnku ako Mars a stanica sa nachádza nad oblakmi, môžeme ako zdroj energie použiť energiu solárnu a prebytok energie vygenerovanej cez deň ukladať za pomoci redukcie oxidu uhličitého. Cez noc možno energiu generovať spaľovaním produktov práve tejto redukcie. Ďalej možno diskutovať o veľkom množstve technologických alternatív, napríklad ako najlepšie využívať prvky prítomné v atmosfére v rámci podpory misie – či už je to spomínaná redukcia CO2, výroba kyslíka pre posádku alebo paliva pre spiatočnú raketu.
Asi najkomplikovanejším problémom je výstup naspäť na obežnú dráhu. Našou úlohou bolo navrhnúť misiu, ktorá posádku po návšteve Venuše bezpečne vráti na Zem. Keďže sa stanica nachádza v atmosfére a zostup na povrch nie je prakticky možný, štart spiatočnej rakety je sťažený, musí štartovať zo stanice. Ako najpraktickejšie riešenie sa javí horizontálny štart. Druhou veľkou otázkou je palivo pre raketu – je lepšie ho vyrobiť na stanici, alebo si ho priniesť so sebou?
V zložení atmosféry Venuše nápadne chýba vodík. Ten, ktorý z planéty nezmizol, sa v atmosfére udržiava vo forme kyseliny sírovej. Jej množstvo je dostatočné na to, aby pri návrhu stanice bolo nevyhnutné spraviť opatrenia, najmä pre ochranu vonkajších častí stanice – balónov a solárnych panelov. Vodíku však nie je dostatok na to, aby sme z neho v prijateľnom čase spoľahlivo mohli vyrobiť potrebné množstvo metánu ako paliva pre spiatočnú raketu. Alternatívou je tiež použitie oxidu uhoľnatého, vyrobeného z atmosférického CO2, ale vlastnosti takéhoto paliva sa ukázali ako nevhodné pre naše potreby.
Tieto odpovede a aj mnoho ďalších sme hľadali počas necelých štyroch dní, ktoré boli venované návrhu stanice. Venuša je zaujímavá pre nás pozemšťanov z viacerých dôvodov. V mnohých aspektoch je to planéta fyzicky veľmi podobná Zemi, ale podmienky na nej sú extrémne v dôsledku silného dopadu skleníkového efektu. Skúmaním Venuše sa môžeme o tomto procese dozvedieť viac, a tak zabrániť podobným drastickým dopadom u nás na Zemi.
Chcem sa prihlásiť na SSDW, čo potrebujem vedieť a čo musím pre to urobiť?
Workshop je plánovaný na 19. až 25. júla 2020. Prihlásiť sa možno priamo cez stránku IRS Stuttgart do 30. apríla 2020, link nájdeš na konci článku. Za prihlášku ani za workshop sa neplatí. Spolu s prihláškou treba dodať aj životopis, titul alebo výpis známok a odporúčanie, napríklad od učiteľa alebo nadriadeného v práci, ideálne od niekoho, kto vie, ako pracuješ a čo vieš. V prihláške je potrebné uviesť a zoradiť, ktoré tri pozície v tíme ťa zaujímajú. Rozdelenie pozícií počas môjho ročníka bolo nasledovné, predpokladám, že zostane rovnaké aj tento rok:
- Project Management (3 pozície) – rozdelené na podúlohy:
- Team Lead (1 pozícia)
- Operations & Science (1 pozícia)
- Cost & Risk Management (1 pozícia)
- Journalism (1 pozícia)
- Systems Engineering (2 pozície)
- Mission Analysis (2 pozície)
- Propulsion & Transport (1 pozícia)
- Communication (1 pozícia)
- Structure & Aerodynamics (1 pozícia)
- Attitude & Orbit Control System / Entry, Descent, Landing (1 pozícia)
- Environmental Control & Life Support Systems (1 pozícia)
- Human Factors (1 pozícia)Radiation (1 pozícia)
- Thermal Control System (1 pozícia)
- Electric Power System (1 pozícia)
- Robotics, In-Situ Resource Utilisation & Extra-Vehicular Activities (2 pozície)
- Design & Inner Architecture (1 pozícia)
Počas workshopu majú účastníci zabezpečené ubytovanie a dopravu medzi hostelom a univerzitou, kde sa workshop koná. Zahraničným účastníkom organizátori tiež počas niektorých ročníkov prispeli na dopravu do Stuttgartu a naspäť – či tomu bude tak aj tento rok zatiaľ na stránke uvedené nie je. Strava cez deň je tiež zabezpečená, káva je k dispozícií počas celého workshopu – hlavne tá je počas dlhých pracovných nocí na nezaplatenie. Účastníci sa teda musia postarať len o večere a aktivity mimo programu workshopu. Komunikačným jazykom workshopu je angličtina, jej dobrá znalosť je podmienkou pre prijatie.
Program som už z časti načrtol v predchádzajúcich častiach článku. Prvý deň je venovaný najmä oboznámeniu sa s Inštitútom pre vesmírne systémy a vesmírnymi projektmi, ktoré sa na univerzite vykonávajú. Pozreli sme si testovacie komory, ktorými inštitút disponuje, a riadiace stredisko satelitnej misie “Flying Laptop”, ktorú vyvinula univerzita. Na univerzita sa nachádza aj simulátor kozmickej lode Sojuz, ten sme si tiež mohli vyskúšať. Nasledujúce dva dni sú venované hlavne prednáškam, ktoré poskytnú dôležité informácie a vedomosti potrebné pre zadanie, na ktorom účastníci budú pracovať. V týchto dňoch tiež čiastočne začína práca na samotnom návrhu, ale zatiaľ len v malých, časovo ohraničených blokoch. Práca sa naplno začína až po prednáškach a trvá nepretržite tri dni. Atmosféra sa podobá na hackathon, práce je obrovské množstvo a času málo, a to aj napriek veľkosti tímu. Preto ako prvý padá za obeť spánok, ako to už pri takýchto udalostiach býva. Posledný deň workshopu je určený na prípravu záverečnej prezentácie a vyhodnotenie oboch tímov.
Projekt sa orientuje hlavne na systémové inžinierstvo a návrh misie, čiže treba počítať s tým, že väčšina času je strávená nad papierom alebo pri tabuli. Hľadajú sa riešenia, ktoré sú pre systém a misiu vhodné. Každý subsystém hľadá taký návrh pre svoj komponent, aby dokázal vykonávať činnosť, ktorá sa od neho očakáva, a zároveň neprekročil obmedzenia, ktoré udávajú iné subsystémy. Je to iteratívny proces , ktorým sa hľadá rovnováha medzi veličinami ako napríklad hmotnosť subsystémov, výroba elektrickej energie vs. spotreba jednotlivých systémov vs. hmotnosť samotného elektrického systému, hmotnosť kyslíka pre posádku, ak ho privezieme zo zeme, vs. hmotnosť systému na jeho výrobu na mieste a tak ďalej pre každý subsystém a veličinu. Návrh prebieha súbežne (tzv. concurrent design) za pomoci špecializovaného softvéru, preto je efektívna tímová práca kľúčová.
Tieto hodnoty často závisia od viacerých faktorov a závislosti sú zväčša cyklické, preto cesta k finálnemu návrhu nie je jednoznačná. Napriek tomu finálny návrh musí preukázateľne spĺňať všetky požiadavky misie. Rovnaký prístup sa používa pri návrhu reálnych misií, čiže nadobudnuté skúsenosti majú uplatnenie v profesionálnom živote. Výpočty, rozhodnutia a závery sa nakoniec pozbierajú do jednej štúdie, ktorú potom vyhodnotia experti na základe jednotlivých subsystémov a podľa tímovej práce.
Všetky podrobnosti o workshope, ako sú zoznam expertov, jednotlivé úlohy pre účastníkov a organizačné pokyny nájdeš tu: https://www.irs.uni-stuttgart.de/forschung/astronautik-und-raumstationen/ssdw
Ak máš záujem prihlásiť sa, inštrukcie nájdeš tu: https://www.irs.uni-stuttgart.de/forschung/astronautik-und-raumstationen/ssdw/application/
