Új Szó - Vasárnapi kiadás, 1986. július-december (14. évfolyam, 27-52. szám)
1986-11-28 / 48. szám
TUDOMÁNY TECHNIKA Magányos hullámok Szolitonok mindenütt A míg egy hordozórakéta föld körüli pályára juttatja az űrhajót, nagyjából 10... 12 perc telik el. Eddig az időtartamig a repülés sikere lényegében a rakétától függ. Ezért külön automatikus rendszer méri és ellenőrzi a paramétereket, és ha azok a tűrési Küszöb alá esnek, azonnal beavatkozik. Minimális késés sem engedhető meg, mert az űrhajó- rakéta együttes starttömegének kb. 90 %-a robbanásveszélyes üzemanyag. Kézenfekvő az első feladat: az űrhajót le kell választani, és biztonságos távolságra kell vinni a hordozórakétától, méghozzá olyan sebességgel, ami nagyobb a robbanási hullámsebességnél. Persze ez nem növelhető — bár technikailag lehetséges lenne - bármilyen értékre, hiszen az ember gyorsulástúrö képessége korlátozott. KÉTFÉLE MÓDSZER Kétféle módszert használtak az eddigi 120, emberes űrrepüléskor: a katapultülést, illetve a mentötor- nyot. Érdekes, hogy mindkét változat előfordult mind a Szovjetunió, mind az Egyesült Államok űrhajóin. A mentési program persze nemcsak ezekből áll, hanem sok egyéb másból is. Most csak dióhéjban idézünk néhányat: az úrruha felépítése, tartalék ejtőernyőrendszer, mentőfelszerelés (radarhullámokat visszaverő gumicsónak, tengervíz-sótlanító berendezés, éielmiszercsomag stb.) és a földi kéreső-mentő szolgálat. Az eddigi tapasztalatok azt igazolták, hogy az üzemhibák kb. háromnegyedét hajtóműhiba okozta. Ezért e cikk keretében csak azt vizsgáljuk meg, milyen főbb megoldások állnak rendelkezésre, hogy a startnál, illetve az emelkedésnél esetlegesen bekövetkező katasztrófát az űrhajósok jó esély- lyel túléljék. Normál esetben a mentőrendszer üzemeltetésére mintegy 100 kilométer magasságban le is kapcsolják az űrhajóról. A világ első űrhajója, a Vosztok katapultüléssel került sorozatgyártásra. Ebbe volt beépítve az űrhajós ejtőernyője, valamint a mentő- csomag. Két szilárd töltetű rakéta vethette ki a kabinból vészhelyzetben az ülést, a kozmonautával együtt. Szerencsére erre egyetlen Vosztok-repülés során sem került sor, de a katapultüléseket mégis öt alkalommal használták. A Vosztokok leszállásakor az űrhajósok ugyanis kétféle lehetőség közül választhattak: a földetérés pillanatáig bennmaradnak a kabinban vagy katapultálnak. Ez utóbbit - Jurij Gagarin kivételével - öt kozmonauta próbálta ki. Ilyenkor mintegy hét kilométer magasságban a katapultülés kilövődött a Vosztokból, majd maga az ülés is leválasztódott az űrhajósról, aki saját ejtőernyőjével ért földet. Az Egyesült Államok Gemini-ürhajói szintén katapultülésekkel voltak ellátva, de azokat nem kellett életmentés végett működtetni. KATAPULTÜLÉSEK Az űrrepülőgépeken a Columbia nevű példányon az első négy repülés alkalmával be volt építve a katapultülés a parancsnok és a pilóta mentésérére. Az ötödik repülés előtt azonban ezeket kiszerelték, és normál üléseket tettek be, a katapultnyílások helyére pedig ablakok kerültek. A kettőnél több főből álló személyzet katapultálására egyébként sem lenne lehetőség, mivel a kabin felső részében csak négy ülés van, a további hármat az alsó részben helyezték el. A műszaki okokon kívül repülésetikai követelmény, hogy a teljes személyzetet lehessen menteni. 1984. június 26. Már csak 4 másodperc volt hátra a Discovery első startjáig, amikor az automatika leállította a visszaszámlálást. A három föhajtómű közül kettő már működött, de a két szilárd töltetű gyorsítórakétát - boosted — még nem gyújtották be. Ezek a hatalmas üzemanyagtadály két oldalán vannak felszerelve, és a tolóerö növelése a feladatuk. Ellentétben a folyékony üzemanyaggal dolgozó hajtóművekkel, a két, egyenként 350 tonna töltetű gyorsitórakétát a begyújtás után nem lehet leállítani. így az asztronauták az életüket teszik fel a boosterek hibátlan működésére. A NASA ezt a hibalehetőséget úgy kommentálja, hogy az ilyesfajta baleset nem élhető túl. A stadot követő 2 perc után a boosterek leválnak, és ha most egyéb hajtómühiba lépne fel, akkor az űrrepülőgépek kényszerleszállást hajtanak végre, az eddig megtett útjuktól függően több, előre kijelölt helyen. Ezek: Cape Canaveral, a spanyolországi Rota repülőtér, Okinawa-sziget, a Hawaiiszigetek és Új-Mexikó. A közelmúltban merült fel annak lehetősége, hogy az Egyesült Államok esetleg bérbe venné vagy megvásárolná a chilei kormánytól a Hús- vét-szigetet, úrrepülötérnek. MENTŐTORNYOK Ezek a berendezések az űrhajók tetején helyezkednek el, azokhoz rácsszerú szerkezettel vagy áramvonalas hövédó burkolattal vannak odaerősítve. Az amerikai Mercury-úrhajó mentórakétája két részből állt: egy 231 kN és egy 3,6 kN tolóerejű, szilárd töltetű egységből. Az előbbi volt a tulajdonképpeni mentőrakéta, az 1 másodperc alatt kifejtett tolóerejével még akkor is letépte volna az űrhajót a rakétáról, ha a kapcsolózárak tödénetesen nem is oldottak volna ki. Az utóbbi a normál repülésnél választotta le a Mercuryról a mentötornyot, aminek teljes hossza 5,2 méter volt. Az Apollókon is hasonló rendszeri használtak, csak a nagyobb tömeg miatt a méretek is nagyobbak voltak. A mentőrakéta hossza 13 m, átmérője 66 cm volt, tömege üzemanyaggal együtt meghaladta a 20 t-t. A parancsnoki kabinhoz egy 3 m-es rácsszerkezet kötötte. Az Apollo-program emberes repülései során a mentörendszer bekapcsolására sohasem került sor. A Szojuz-úrhajókon is ezt az elvű berendezést használták SZÁSZ néven (Szisztyema avarij- nojo szpuszka). Normál repülés esetén a felső henger alatti elválasztó hajtóművek távolították el a védőburkolatot, veszély esetén a kúpos rész alatti szilárd töltettel működő 12 másik hajtómű kapcsolt be egyenként 65 kN, összesen 780 kN tolóerővel. Ez elég nagy gyorsulást hozott létre, nagy megterhelést róva az űrhajósokra. A mentórakéta az áramvonalas védőburkolat alatt a Szojuz-űrhajó orbitális és parancsnoki vagy leszálló kabinját - ebben tadózkod- tak a kozmonauták - röpítette el biztonságos távolságra a hordozórakétától. Ezután egy tucat darabból álló kisrakétacsopod lépett működésbe, és az orbitális kabinet a védőburkolattal együtt tovább gyorsította, (gy a leszálló kabin, mintegy kipottyant a burkolat alól, majd a megfelelő orientáció után, ejtöernyörendszerét használva leszállt. Az ernyő nyitása után a fenéklemezt is rögtön ledobták, hogy a talajra érés előtt a kabint tovább fékezhessék a föld felett nagyjából 1 méter magasságban bekapcsolódó három fékezóraké- tával. Ha a SZÁSZ kb. 1 kilométeres magasság alatt működött, akkor a Szojuz-kabin az 575 négyzetméteres tarialékernyóvel, ha e fölött, akkor az 1000 négyzetméteres föernyővel szállt le. A kozmikus mentörendszerek- nek feladatuknál fogva igen meg- bízhatóaknak kell lenniök. Pontos statisztikai adatokat viszont csak nagyszámú esetből lehetne kiszámítani, amire nincs lehetőség. SCHUMINSZKY NÁNDOR KOZMIKUS MENTORENDSZEREK ÚJ SZÚ 17 BAD AR EMLÉKEZŐ TELEVÍZIÓ A japán Toshiba a világon elsőként szilárdtest képtárolót épít házi képmagnóiba. Az új megoldással tökéletes állóképeket, lassítást és trükkhatást lehet létrehozni, anélkül, hogy külön videofejekre lenne szükség a gyorsan forgó korongon, amely végigpásztázza a magnószalagot. Az extra fejek helyett a Toshiba 1 megabites memóriát épít készülékeibe - ebben a memóriában a tévéképet felépítő sorok felét tárolhatják. Ha normális sebességgel játsszák le a szalagot, a videojelek elkerülik a memóriát. Kimerevítéshez vagy trükklejátszáshdz viszont a szala■ ■■■■■■■■■ gon levő jelek a memóriába jutnak, és onnan pedig a képernyőre. A szalaghajtást kikapcsolhatják, nem kopnak a fejek vagy a magnószalag, még ha órákon vagy napokon át is ugyanaz a kép marad a képernyőn. Jóllehet a visz- szajátszott állókép csak feleannyi sorból áll, mint a normális kép, a kép mégis tisztább, mint a szalagról reprodukált kép. AHOL MÁS NAPOK RAGYOGNAK Két most kialakuló bolygórendszer bizonyítékait vélik felfedezni amerikai csillagászok. A bizonyíték: halvány fényudvar, amely az R Monocerotis és a HL Tauri két különböző csillagát veszi körül, mint az esőben kialakuló fényudvar, az utcai lámpák körül. Az arizonai Kitt Peak csillagvizsgálójának munkatársai szerint a halvány fényudvad a csillagok körüli podelhökön szétszóródó fény hozza létre. A fényudvad új technikával sikerült megfigyelni. Méretéből és fényességéből meghatározták a benne levő por tömegét — ez körülbelül akkora, mint a Merkur, a Vénusz, a Föld és a Mars tömege együttvéve. Az elemek relatív gyakorisága ugyanakkora a halvány ködökben, mint a Naprendszerben - annyi gáz van bennük, amennyiből kitelne a Jupiter és a Szaturnusz is. Mai felfogásunk szerint a bolygók por- és gázfelhőkből alakultak ki a fiatal Nap körül. Talán valóban most születő bolygórendszerekre esik a pillantásunk. 1986. XI. 28. A szolitonok a természetben szinte mindenütt előfordulnak. E különleges hullámokat, amelyeknek tulajdonságai az elemi részecskék viselkedésére is emlékeztetnek, egyre több tudományterületen kutatják, sőt megpróbálják a gyakorlatban is hasznosítani. Egy bárka mozgását figyeltem, amelyet két ló ügetve húzott egy keskeny csatorna mentén. Hidelen megállt a bárka. Az orránál felpúposodott és erősen bugyogni kezdett a víz, majd egyszerre lökésszerű-gyorsán előre lódult. A sima felületű, domború hátú és lekerekített képződmény, e magányos hullám továbbszáguldott a csatornán. Lovammal üldözőbe vettem, és amikor utolériem, még mindig változatlan - becslésem szerint óránkénti 8-9 mériöldes (kb. 13-15 km) - sebességgel haladt előre, megtartva eredeti alakját. John Scott Russe/, az Edinburghi Egyetem tanára, a hullámok fáradhatatlan kutatója így iria le 1834-ben - elsőként a világon - azt a különleges hullámot, amelyet szintén ő nevezett el az angol „solitary“ (=magányos) szó alapján szolitonnak. A szolitonok jellegzetességeit és alkalmazási lehetőségeit tárgyaló tudományos közlemények száma az utóbbi időben rohamosan gyarapszik. Ahhoz, hogy mogyoróhéjban is megéri- sük a rendkívül bonyolult szoliton-jelenséget, érdemes átismételni iskolás ismereteinket. Ha egy hullám sebessége az amplitúdójától (a vízszintestől való legnagyobb eltérésétől) függ, akkor a hullámszelvény különböző részei egymástól eltérő sebességgel mozognak. Ha az amplitúdó akkora, hogy a nem lineáris (nem vonalszerű) hatás erősebb, mint a lineáris hatások (azaz a hullám csillapodása és szétfolyása), akkor a hullámfront egyre meredekebbé válik. A csillapodás azzal függ össze, hogy a hullámmozgás energiája hővé alakul át. A csillapodás gyakran el is hanyagolható, sőt bizonyos közegekben a hullámok nem csillapodnak, hanem még erősödnek is. Ami viszont a hullámok szétfolyását, kiszélesedését illeti, annak magyarázatához tegyük fel: valamilyen periódikus (szakaszos) hullám amplitúdója annyira kicsi, hogy esetében a nem lineáris hatást elhanyagolhatjuk. Ekkor a hullám terjedési sebessége a hullámhossztól függ (azaz a két szomszédos hullámhegy- vagy hullámvölgy - távolságától). Ez az összefüggés, a diszperzió (szóródás), bizonyos korlátokkal valamennyi hullámfajtára érvényes. A valódi hullámok sohasem teljesen periodikusak: a természetben hullámimpulzusokat (lökéseket) vagy hullámcsomagokat figyelhetünk meg. A hullámcsomagot számos különálló rezgés alkotja (s ezek összegződése az egyedi impulzushoz hasonló hullámformát hoz létre), az egyes impulzusokat pedig elméletileg feloszlatjuk egy sor különböző hosszúságú hullámra. A diszperzió miatt e hullámok sebessége eltér egymástól, s igy az impulzus kiszélesedik, „szétnyúlik“. A nem lineáris hatás és a diszperzió egymással ellentétes eredményhez vezet. Ha a hullám amplitúdója nagy, akkor a nem lineáris hatás miatt a hullámfront egyre meredekebbé válik, és a hullám energiája egyre kisebb tériogatba összpontosul, ha azonban az amplitúdó kicsiny, akkor a diszperzió következtében a hullám szétfolyik. Szoliton akkor keletkezik, amikor ez a két hatás kiegyenlíti egymást. Minthogy a meredekségre törekvés (nem lineáris hatás) ellensúlyozza a szétfolyásra-irányultságot (diszperzió), a szoliton alakváltozás nélkül terjed. Van azonban egy jelenség, ami még ennél is meglepőbb: ha több szoliton ütközik egymással, e „karambol“ után mindegyik szoliton az ütközés előtti alakját megtartva halad tovább, és nem változik az ütközésben résztvevő szolitonok száma sem. A szolitonok további sajátossága, hogy egy adott típusú szoliton amplitúdójának és szélességének szorzata állandó (vagyis, ha a szoliton amplitúdója növekszik, a szélessége arányosan csökken, és fordítva). Szolitonokat a legkülönfélébb közegekben lehet tetten érni. Érdekes előfordulási közegük a magnetoszféra, a Föld mágneses tere által alapvetően meghatározott tadomány, amely állandó kölcsönhatásban van a térségbe érkező kozmikus részecskékkel. Mind az elméleti megfontolások, mind pedig a gyakorlati mérések alapján arra a következtetésre jutottak, hogy a magnetoszférában a számtalan egyéb elektromágneses hullámfajta között szolitonok is vannak. Ezeknek megkeresése a kozmikus geofizika egyik fontos feladata. Ahhoz, hogy eldöntsük, vajon a vizsgált hullám szoliton-e vagy sem, viszonylag sokáig kell megfigyelnünk, med csak így állapíthatjuk meg, mennyire változtatja alakját (hiszen egy adott szoliton formája hosszabb ideig is többé-kevésbé azonos marad, ellentétben az egyéb hullámokkal). Minthogy a magnetoszférában a hullámok sebessége nagy - mintegy 500 km/másodperc -, a megfigyelők általában nem követhetnek nyomon egy-egy konkrét hullámot. Léteznek azonban olyan kozmikus vagy légköri hullámok, amelyek a föld mágnesestér-erövonalai mentén elérik bolygónkat, felületéről visszaverődnek, majd megint visszajutnak rá (ezúttal a másik féltekére), és igy tovább. E hullámok között már sikerült kimutatni - először elméleti megfontolások alapján, majd kísérletileg is - szolitonokat. Mire használhatók a gyakorlatban a szolitonok? Már J. S. Russel javasolta felfedezésének több területen való hasznosítását, s a szolitonok viselkedését tanulmányozva maga is maradandó sikeri éd el a hajótestek tervezésében, tökéletesítésében. Több mint száz esztendőn át csak ezen az egy területen volt hasznuk, gyakorlati jelentőségük a szolitonoknak, a legutóbbi néhány évtizedben azonban olyan tudományágakban is a szolitonok felé fordult az érdeklődés, mint a szilárdtest-fizika, a plazma- fizika, az elemi részecskék kutatása, a matematikai fizika, a meteorológia, a neurofiziológia - és folytathatnánk a felsorolást. A szolitonok egyik - nagy jelentőségű - alkalmazási területének az információk továbbítása Ígérkezik. A kommunikációban általánosan használt lineáris hullámok szétfolynak. „Alakváltozásuk“ következménye: az információ torzulása. A szolitonok segítségével - minthogy nem folynak szét - pontosabban, kevesebb információ-veszteséggel juthat el az üzenet a címzettekhez. A Russel-megfigyelte - vízben keletkező, véletlenül észrevett- hullámról kidrült, hogy fontosabb, mintsem előrelátható volt: a szoliton nem valamilyen elszigetelt jelenség, hanem széles körben keletkező és terjedő hullámtipus, amelynek mind részletesebb tudományos megismerése és sokféle műszaki alkalmazási lehetőségének felderítése még rengeteg bonyolult feladat megoldására serkenti a kutatást. LUKÁCS ANDRÁS <4 2 >
