Rozwiązania techniczne i technologiczne z lotnictwa i kosmonautyki w motoryzacji [cz.2]

To, że lotnictwo i kosmonautyka są dawcami rozwiązań technicznych i technologicznych dla motoryzacji, nie jest tajemnicą. Wiele z nich stosowanych jest już nawet w najprostszych samochodach miejskich. W pierwszej części przyjrzeliśmy się przede wszystkim rozwiązaniom pochodzącym z lotnictwa. Teraz czas spojrzeć wyżej - w kosmos.

Rozwiązanie techniczne, które nie do końca zostało stworzone dla potrzeb kosmonautyki, ale jest z nią oraz z lotnictwem w pewien sposób związane, jest GPS, czyli Global Positioning System. Pierwszą gałęzią przemysłu, jaka potrzebowała tego systemu była wojskowość. Jednym z problemów, z którymi amerykańska marynarka borykała się w latach 50. była lokalizacja łodzi podwodnych, z których wystrzeliwane miały być pociski Polaris.

Bez znajomości precyzyjnego położenia punktu startu rakiety, niewykonalne było jego dokładne kierowanie na cel. Między innymi z tej potrzeby, zrodził się system TRANSIT, opracowany pod koniec lat 50. i uruchomiony w 1960 roku przy wspólnych siłach ARPA (później DARPA) oraz Williama Guiery i Franka McClure'a z APL. Składało się nań 5 satelitów. Dzięki nim możliwe było ustalenie położenia około raz na godzinę.

Na potrzeby lotnictwa częstotliwość, z jaką możliwe było sprawdzenie położenia, musiała zostać zwiększona. By bombowce mogły przeprowadzać precyzyjne bombardowania, niezbędne było częstsze sprawdzanie danych lokalizacyjnych. Do tego TRANSIT się nie nadawał. Dlatego amerykańskie siły powietrzne zaczęły prace nad swoim systemem, który zaczął funkcjonować w 1967 roku. Ze względu na dokładność działania niezbędne było stosowanie w satelitach maksymalnie precyzyjnych zegarów. Dlatego system Timation od 1974 roku zaczął wykorzystywać czasomierze atomowe.

Równolegle opracowany został system SECOR, który wykorzystywał bazy naziemne, które współpracowały z satelitami. To rozwiązanie w połączeniu z Timation i TRANSIT-em stały się podwalinami GPS-u, który znamy obecnie. Jednak by ruszyła machina, która stworzyła ten precyzyjny i szybki system, niezbędne były ogromne nakłady finansowe. Argumentem wojskowych dla amerykańskiego rządu była zimna wojna, w której kluczowe znaczenie miała przewaga militarna. Dzięki temu możliwe było wpompowanie kilku miliardów dolarów w wystrzelenie wymaganej liczby precyzyjnych satelitów.

Dla cywilów GPS został udostępniony na początku lat 80. Motorem do tego było zestrzelenie Boeinga 747 z blisko 270 osobami na pokładzie, którego dokonał Związek Radziecki 1 września 1983 roku po tym, jak samolot naruszył zamkniętą strefę powietrzną tego kraju. Początkowo na potrzeby cywilne udostępniony był sygnał gorszej jakości. GPS w jakości dostępnej dla wojska został "otwarty" w maju 2000.

Obecnie system lokalizacji bazujący na Global Positioning System to rozwiązanie, bez którego trudno byłoby funkcjonować wielu kierowcom. Czasy atlasów samochodowych wożonych w kieszeniach oparć foteli i schowkach odeszły bezpowrotnie. Wielkie mapy rozkładane przez pasażerów to także przeszłość. Teraz nowoczesne samochody i stosunkowo niedrogie urządzenia specjalizowane, a nawet nasze telefony, pozwalają precyzyjnie określić miejsce, w którym się znajdujemy.

Ogniwa paliwowe to rozwiązanie techniczne, którego korzenie sięgają prosto do załogowych lotów kosmicznych misji Apollo. Były one bardzo wymagające, bo astronauci byli zdani na siebie i moduły wyposażone w systemy podtrzymujące życie przez nawet do 12 dni. Krytyczne było więc dostarczenie wystarczającej ilości energii elektrycznej, by zapewnić sprawne funkcjonowanie całego osprzętu, niezbędnego do życia oraz funkcjonowania poszczególnych modułów. Właśnie dlatego NASA zdecydowała się na zastosowanie ogniw paliwowych, czerpiących energię z reakcji utleniania wodoru.

Czysty tlen i wodór przechowywane były w zbiornikach w module serwisowym w formie ciekłej. Musiały one być dobrze izolowane i szczelne. Z tym specjaliści z NASA poradzili sobie wzorowo. Gdyby w jednym ze zbiorników umieścić lód, to przy zewnętrznej temperaturze wynoszącej około 21 stopni Celsjusza roztopiłby się on całkowicie dopiero po 8,5 latach.

Teraz ogniwa paliwowe powoli trafiają do samochodów. Obecnie auto zasilane ciekłym wodorem ma w swojej ofercie między innymi Toyota. Jest to model Mirai. Chociaż różni producenci eksperymentują już z wprowadzaniem na rynek tego typu rozwiązań, nadal są one egzotyką. Nie zmienia to faktu, że coś, co kilka dekad temu było kosmiczną technologią pozyskiwania energii elektrycznej, teraz jest dostępne dla każdego, kto wyłoży odpowiednią ilość pieniędzy na stół.

Są rozwiązania techniczne, których wolelibyśmy nie musieć opracowywać. Wydarzeniem, które sprawiło, że NASA dostrzegła potrzebę stworzenia kombinezonów ognioodpornych, była tragiczna śmierć astronautów Apollo 1. 27 stycznia 1967 roku w module dowodzenia statku tego projektu wybuchł pożar. W jego wyniku zginęło trzech kosmonautów: Virgil "Gus" Grissom, doświadczony w misjach Mercury i Gemini, Edward H. White, który wykonał pierwszy kosmiczny spacer misji Gemini oraz nowicjusz misji kosmicznych - Roger B. Chaffee.

Analiza przebiegu zdarzeń tej tragedii nie dowiodła co było dokładną przyczyną pożaru. Jednak raport, który wtedy powstał, wskazał, że duże znaczenie w tym wypadku miały materiały użyte we wnętrzu modułu oraz na kombinezonach astronautów. Spora część z nich była palna.

Tragiczne w tej sytuacji było to, że można było jej uniknąć. Prace nad niepalnym i wytrzymałym materiałem dla Sił Powietrznych Stanów Zjednoczonych prowadzone przez chemika Carla Marvela trwały już pod koniec lat 50. Udało mu się wtedy uzyskać drogą syntezy włókna polibenzimidazolu (PBI). Materiał utkany z nich jest w stanie znieść ogromne amplitudy temperatur. Na dodatek jest to bardzo wytrzymały rodzaj włókna. Ta właściwość mechaniczna nie ulega zmianie nawet po wystawieniu na bardzo wysokie temperatury. Dzięki temu od lat 70. wszystkie misje NASA stosowały wyposażenie wykorzystujące właśnie PBI. Te niezwykłe włókna pojawiły się w materiałach stosowanych w Apollo, Skylab i w lotach wahadłowców.

PBI stało się dostępne do zastosowań komercyjnych w roku 1983. Obecnie kombinezony ognioodporne są wyposażeniem obowiązkowym dla kierowców wyścigowych. Żadna odzież tego typu nie dostanie homologacji FIA, jeśli nie spełni wymagań związanych z niepalnością. Przykładem takiego kombinezonu jest Sparco Superleggera RS-9.1, który wykonany jest właśnie między innymi z PBI.

Aerożel to syntetyczny, porowaty materiał, który charakteryzuje się bardzo dobrymi właściwościami termoizolacyjnymi, sporą sztywnością oraz niezwykle niską masą. Około 98 proc. objętości aerożeli stanowi powietrze. Nic dziwnego, że inżynierowie NASA postanowili użyć tego rodzaju materiału w wielu zastosowaniach kosmicznych. Tu należy dodać, że mowa tu o całej grupie materiałów, które mogą mieć różny skład chemiczny. Jest to typ wyróżniony przede wszystkim ze względu na rodzaj struktury.

Jednym z bardziej interesujących rozwiązań technicznych, w jakich wykorzystano aerożel, był przechwytujący drobinki pyłu kosmicznego statek Stardust. To właśnie ten niezwykły, porowaty materiał posłużył do uwięzienia cennego materiału. Aerożele NASA wykorzystała także jako izolację termiczną w łazikach marsjańskich oraz kombinezonach astronautów.

Gdzie w motoryzacji można znaleźć ten materiał? Chevrolet zastosował aerożel do termicznego odizolowania kabiny od skrzyni biegów w Corvette C7. Był to efekt narzekań właścicieli Corvette C6, którzy często jako wadę wymieniali mocne nagrzewanie się tunelu środkowego. W nowej generacji dzięki zastosowaniu aerożeli było możliwe znacznie ciaśniejsze upakowanie także układu wydechowego.

Wyścig kosmiczny nie zakończył się na lądowaniu człowieka na Księżycu. Podbój kosmosu przeniósł się na inną arenę - Marsa. W końcówce lat 70. NASA pracowała nad wysłaniem na Czerwoną Planetę próbnika, który mógłby wylądować na powierzchni i przeprowadzić zestaw badań. By tego dokonać niezbędny był sposób na przedostanie się przez atmosferę i bezpieczne posadzenie sprzętu na twardym gruncie. Niezbędny był materiał, który będzie możliwie lekki i bardzo wytrzymały, dzięki czemu nada się na linki do spadochronu.

Badaniami materiałowymi zajęła się firma Goodyear. Ostatecznie inżynierom zajmującym się przede wszystkim oponami, udało się opracować wymagany materiał. Został on wykorzystany między innymi w misji Apollo 14.

Goodyear mając w rękach ultramocny materiał pozwolił sobie na to, by z niego skorzystać. Z jego wykorzystaniem opracował nowe zimowe opony, które okazały się dużo bardziej wytrzymałe, niż ogumienie wytwarzane wcześniej. Porównując identyczne cykle pracy, nowe opony mogły pokonać około 16 tys. km więcej, niż wcześniej.

Co ciekawe, Goodyear twierdzi też, że to ich opona, wykorzystująca właśnie wspominany materiał, była pierwszą na Księżycu. Wszyscy dobrze pamiętamy jednak, że koła, w tym metalowe "ogumienie" zostało stworzone przez prof. Mieczysława Bekkera i GM. Stwierdzenie Goodyeara jest tym bardziej zaskakujące, że firma oponiarska mówi o misji Apollo 14. Tymczasem Lunar Roving Vehicle został pierwszy raz użyty podczas Apollo 15. Wyjaśnieniem tej zagadki jest Modularized Equipment Transporter (MET), czyli dwukołowy pojazd, konstrukcją przypominający taczkę. Jest on przedstawiony na zdjęciu na górze strony. Miał ułatwić astronautom poruszającym się po Księżycu przewożenie ekwipunku. To właśnie w nim zostały zastosowane opony Goodyeara. Był to model XLT. Pozostaje jeszcze jedna nieścisłość. Goodyear w swoich materiałach podaje datę lądowania Apollo 14 w roku 1970. Tego już nie wyjaśnimy - ta misja wylądowała 5 lutego 1971 roku.