RYMDEN. Utställningsfakta

Transkript

1 RYMDEN Utställningsfakta 1

2 Plötsligt är du ute i den kalla rymden. Här känns allt oändligt stort. Solen lyser svagt som vilken stjärna som helst och jorden syns som en blå planet omgiven av tunn atmosfär. Varför ramlar inte månen ner på jorden? Hur lever egentligen astronauterna och varför åker de överhuvudtaget upp till rymden? Kommer människan kunna bo på Mars i framtiden? I utställningen Rymden gör du en resa ut i universum. Ta dig till rymdstationen ISS, testa att hoppa på månen och fortsätt längre bort från jorden mot svarta hål och vackra stjärnor. Trevlig resa! TYNGDKRAFT Du har säkert sett hur astronauterna svävar omkring i sina rymdfarkoster runt jorden. Men har du någon gång funderat på varför? Svaret är att de befinner sig i fritt fall, eftersom de enbart påverkas av jordens gravitation och inga andra krafter. Om du däremot står på marken kommer den att motverka gravitationen så att du är i jämvikt och känner en tyngd. När man använder ordet tyngdlös menar man i de allra flesta fall att man befinner sig i fritt fall, och inte frånvaron av gravitation. Astronauterna i omloppsbana runt jorden befinner sig konstant i fritt fall med en hastighet som är avpassad så att de inte faller ner mot jorden, utan konstant faller runt jorden. GRAVITATION Gravitationen (av latin gravis som betyder tung), eller tyngdkraften, är en av universums fyra fundamentala krafter. Det är den attraherande kraft som massor utsätter varandra för, och ger upphov till det som vi kallar massans tyngd. På månen, med mindre gravitation än jorden, blir också din tyngd mindre. Din massa däremot är densamma som på jorden. FRITT FALL Om det däremot inte finns någon kraft som motverkar gravitationen, kan du inte känna någon tyngd. Då finns det heller inget som hindrar dig från att falla. Du befinner dig då i s k fritt fall du är tyngdlös. Det är just fritt fall som gör att astronauterna blir tyngdlösa. Både astronauten och rymdfärjan och köttbullarna, pennorna och allt annat inne i rymdfärjan befinner sig i fritt fall runt jorden, och allt faller precis lika fort. Observera alltså att tyngdlöshet inte är det samma som frånvaro av gravitation. Låt oss studera begreppet fritt fall lite närmare. På jorden, om vi försummar luftmotståndet, faller alla föremål exakt lika fort mot marken. Jordens gravitation får alla fallande föremål att accelerera med den konstanta accelerationen 9,81 m/s2. Det innebär att alla objekt faller så att hastigheten ökar med 9,81 m/s för varje sekund de faller. (I praktiken däremot kan vi naturligtvis inte försumma luftmotståndet, och alla vet vi att en sten faller fortare mot marken än en fjäder.) Astronauterna i banor runt jorden befinner sig konstant i fritt fall med en hastighet som är avpassad så att de inte faller ner mot jorden, utan konstant faller runt jorden. 2

3 Men du behöver inte vara astronaut i rymden för att vara tyngdlös. Även på jorden kan du uppleva tyngdlöshet. Du kan exempelvis hoppa från ett hopptorn eller åka Uppskjutet på Liseberg, där du också accelererar 9,81 m/s varje sekund du åker neråt. Med andra ord; du befinner dig i fritt fall. MIKROGRAVITATION Att göra experiment i mikrogravitation (definieras som en miljö mycket nära tyngdlöshet) har många fördelar ur forskningssynpunkt. Och mikrogravitation kan uppnås på två sätt. Ett sätt är att resa bort från jorden, eftersom gravitationen alltid minskar med avståndet. För att nå en punkt där jordens gravitation har reducerats till exempelvis en miljondel av gravitationen på jordens yta, måste vi resa 6,37 miljoner km bort från jorden (nästan 17 gånger så långt bort som månen). Men det verkar mycket opraktiskt, åtminstone för bemannade rymdfarkoster. Som tur är finns ett enklare sätt att skapa mikrogravitation fritt fall! Fritt fall åstadkommer vi antingen i bana runt jorden, t ex i en rymdfärja som nämnts ovan, eller med hjälp av sondraketer. Sondraketen skickas ut från jorden, och när den har nått en viss höjd vänder den och faller ner mot jorden igen. Under en kort stund kommer raketen och dess innehåll att falla fritt och vara i tyngdlöst tillstånd, på det sätt som redan beskrivits ovan. Under denna korta tid utförs experimenten. Man kan också skapa tyngdlöshet under en flygresa genom att flyga i parabler. 3

4 MÅNEN Månen ligger på ett avstånd som är ca 30 x jordens diameter. Avståndet till månen är 9,5 x jordens omkrets eller 30 x jordens diameter. 4

5 RYMDSTATIONEN ISS Ungefär 400 km över våra huvuden snurrar den internationella rymdstationen (ISS). Denna station är det största internationella samarbete någonsin. Tillsammans jobbar Europas rymdorganisation (via ESA:s 15 medlemsländer) med rymdorganisationerna i USA, Ryssland, Japan och Kanada för att utveckla, konstruera och bygga ihop en rymdstation. Den sista rymdfärjan till ISS skickades upp under Gravitationen på 400 km höjd är ca 90 procent av den som vi känner på jordens yta. Men rymdstationens rörelse runt jorden gör att allting i stationen befinner sig i ett fritt fall och blir tyngdlöst. Zvezda var en av de första delarna till ISS som placerades i omloppsbana. Ryssarnas erfarenheter från Mir har spelat stor roll i utvecklingen av ISS. Kolla in rymdstationens status på esa.int/export/esahs/iss och Building the ISS. Fundera över hur livet är ombord. Vad händer med kroppen i tyngdlöshet? Hur går man på toaletten? Vad äter man? Man kan jämföra den slutliga utbredningen av ISS med höjden av ett 20-våningshus och ytan av två fotbollsplaner. Stationen är planerad att ta fyra år att bygga (effektiv tid) och den kan ta en besättning på 2-7 personer. Den höjd stationen ska röra sig på innebär att stationen måste ha en kort omloppstid för att inte dras in mot jorden. Stationens hastighet är ca 8 km/sek, vilket innebär att ett varv tar 90 min. Eller annorlunda uttryckt: Solen går upp eller ner var 45:e minut. En skillnad på den höjden är att stjärnorna lyser starkare och med klarare färger än på jordytan. IHOPBYGGANDET AV ISS 1:a uppsändningen: Zarya, rysk självförsörjande modul som är själva ankaret i stationen. Den har egna solpaneler och ett vatten- och luftsystem som fungerar själv. 2:a: Node 1 USA. 3:e: Zvezda, rysk service modul med bl a plats för två living quarters, matberedningsrum och toalett. 4:e: C1 trust fäste för solpanelerna och robotarm. 5:e: P6 powermodule. 6:e: Unity USA laboratory. 7:e: Canadian arm 8:e: USA airlock 9:e: Russian airlock 10:e: SO anker of the trust EUROPAS BIDRAG TILL ISS Columbus största delen av stationens forskningsinnehåll. Specialitet; vätskefysik, materialvetenskap och livsforskning. ATV utrustningsskepp (se nedan). DSM-R-datasystem. Cupola kontrollrummet i stationen. Fönstret mot rymden. 2 noder som binder samman stationen. ERA robotarm som ska assistera vid sammansättningen av vissa delar påstationen. Transportmodul för tryckförpackad last. CUPOLA Forskare vid Arbetslivsinstitiutet Väst och tidigare Lindholmen Utveckling har utvärderat ergonomin i en del av ISS. Det gäller Cuploa, en observations- och manövermodul och görs i samarbete med den italienska tillverkaren Alenia Aerospazio. Cupolaprogrammet är ett resultat av en överens-kommelse mellan NASA och ESA som säger att ESA ska leverera Cupola till ISS i utbyte mot transport av europeisk utrustning 5

6 till rymdstationen. Dessutom ges möjlighet för Europa att genomföra forskningsexperiment ombord. Cupolan är en hexagon med fönster i alla riktningar. Huvudsyftet är att därifrån sköta manövreringen av den robotarm som används vid olika operationer på stationens utsida, t ex urlastning av utrustning från rymdfärjan. Cupolan kommer även att användas för vetenskapliga observationer av jorden och rymden. Forskarteamet har haft till uppgift att ur ergonomisk synvinkel utvärdera den invändiga utformningen. Målet har varit att utveckla en operationsmiljö som tillfredsställer NASA:s mycket omfattande och detaljerade kravspecifikation över ergonomi och säkerhet för rymdstationens besättning. En stor del av arbetet har bestått av datorsimuleringar. I dessa har datormiljöer skapats som återspeglar Cupolan med dess olika ingående utrustningar och komponenter. I denna miljö har sedan en avancerad datormanekin, TransomJack, integrerats. Denna har fått simulera de arbetsuppgifter som astronauterna planeras att utföra. På så sätt har arbetsområden för att utföra vissa arbetsuppgifter bestämts. Man har också kunnat testa utförandet av ett arbete på ett föreslaget vis utan att komma i konflikt mellan ergonomiska krav och krav på säkerhet. Forskargruppen har också byggt en fullskalemodell (mock-up) av Cupolan. Mock-upen har också använts för ytterligare utvärderingar av ergonomin i Cupolan. Byggandet av modellen har utförts av Designkonsulterna i Göteborg. Det är denna modell som Universeum har fått och som nu hänger i taket på Kalejdo. Utvärderingsförsöken i modellen har utförts dels med hjälp av försökspersoner, utan erfarenhet från vistelse i rymden, och dels vid två olika tillfällen av sammanlagt fyra astronauter från NASA och ESA. Alla resultat av de ergonomiska utvärderingarna har återförts till konstruktörerna och designförbättringar har genomförts. Cupolan skjöts upp i februari

7 TRANSPORT TILL OCH FRÅN ISS Man skulle kunna jämföra rymdstationen ISS med en öde ö. Det är långt till andra människor och platser och att ta sig dit och hem kräver mycket planering. På båda ställena måste man se till att ha tillräckligt med mat och vatten. Till rymdstationen måste man dessutom ta med sig luften man ska andas. Som tur är, är ISS inte helt isolerad. Det finns sätt att föra människor, vatten, mat och andra nödvändiga saker mellan jorden och stationen. Människor kan åka till och från rymdstationen på två sätt: Med de amerikanska rymdfärjorna och med de ryska Soyuzkapslarna. I rymdfärjan en besättning på sju personer och i Soyuz tre personer. Rymdfärjan landar på jorden som ett stort flygplan, medan den del av Soyuz som astronauterna sitter i landar med fallskärm och resten brinner upp vid återinträdet i atmosfären. RYMDFÄRJA En amerikansk rymdskyttel har använts fram till och med 2012 för att transportera upp allt material som byggt upp ISS. UPPSÄNDNING Rymdskytteln skickades iväg genom den tjockaste delen av atmosfären, de första 48 km, på 2 minuter och sedan ökades hastigheten till fyra gånger ljudets hastighet. När skytteln nått 100 km över jorden blev besättningen verkligen astronauter. De två första minuterna användes fast raketbränsle (syre plus kemikalier). När det bränslet var slut kopplades dessa raketer loss från skytteln och återvände i fallskärm till jorden för återanvändning. Resten av resan användes flytande bränsle från en extern tank. Trycket på besättningen i skytteln blev då 3xg (för Soyuz blir det 4xg). 8-9 min efter avfärd stängdes huvudmotorerna av. Då befann sig skytteln på ca 113 km höjd och kraften i skytteln försvann. Allt var då i fritt fall. Den externa tanken släpptes och på väg ner mot jorden brann den upp i atmosfären. Små manövreringsbara motorer användes för att anpassa banan. Ca 45 minuter från uppskjutning hade skytteln förflyttat sig mer än halvvägs runt jorden från uppskjutningsrampen. SOYUZKAPSEL Soyuz sänds upp med protonraketer. Det tar 9 min från start tills Soyuz är i rymden. Sedan dockar den med stationen på sitt 34:e varv runt jorden (motsvarar ett par dagar) Den kommer tillbaka med fallskärm med en hastighet som ger en kraft på 18 g (!) vid nedslag. Mycket dämpas av att stolen tar upp kraften. Kroppen känner av 4 g. Tiden för nerfart är ca 2 timmar. Den är tillverkad för att fungera i rymden i 6 månader, sedan behöver den bytas ut. Kapseln återanvänds inte. Soyuz är en trestegsfarkost som är 49 m lång och väger ca 310 ton när den är lastad med bemannad kapsel och ett räddningstorn. Kapaciteten för last är ca 8 ton för att nå en låg omloppsbana. På ISS finns alltid en Soyuz som fungerar som en räddningskapsel (Emergency crew return vehicle). Den har en livstid på 200 dagar vilket gör att en ny måste upp till stationen var sjätte månad. Detta genomförs med en s k taxiresa på tio dagar där även icke ryska passagerare kan medfölja. Kapseln väger 7,7 ton med tre personers besättning och en last på kg. UPPSÄNDNING Vid uppsändningen av soyuzraketen är steg 1 de fyra utanpåliggande startraketer som är nästan 20 m långa och består av en undre cylindrisk del och en övre konformad. Varje raket med flytande raketbränsle ger en drivkraft på 102 ton. Steg 2 är en central kärna på 28 m och tänds samtidigt som steg 1, men de brinner längre. Steg 2 ger en drivkraft på 96 ton. 7

8 Steg 3 sätter soyuzkapseln i bana. Detta steg är ca 8 m långt och 2,7 m brett med drivkraften 30 ton. Efter 9 min har soyuz nått önskad hastighet. Motorerna slocknar och den bemannade kapseln separeras från steg 3. SOYUZ UPPBYGGNAD Soyuz består av tre moduldelar. Den bakre delen är 2,5 m lång och innehåller motorerna, manövreringsbara drivraketer och bränsletank. Här sitter också en tryckkabin med kontrollsystem för temperatur, batterier, höjdkontroll och datorer. Två solpaneler (ca 3 m långa) förser Soyuz med ström under största delen av resan. En annan modul är en ca 2 m lång nedfärdskapsel, men är den del där astronauterna/ kosmonauterna sitter vid uppskjutning. Här finns de flesta huvudkontrollerna, radio och livsuppehållande system. För återinträdet finns också en värmesköld, fallskärm och mjuklandningsmotorer. Dockad med ISS lastas de obemannade farkosterna om och fylls med sopor. Allt brinner sedan upp i atmosfären vid återinträdet. Innan de lossas från ISS kan Progress och ATV:n användas för att korrigera höjden på ISS. Hur och varför flyttas stationen? Lite atmosfär finns fortfarande på den höjd som stationen ligger på. Det gör att ISS bromsas något och behöver korrigeras i höjd ibland. Korrigering sker även för att utjämna temperaturskillnader (banan har en lutning på 51,5 mot ekvatorn). Vanligast är att detta sker med skytteln då den lämnar stationen, men också med de obemannade farkosterna. Skytteln använder små jetmotorer som kräver bränsle. Det finns även ett gyro (CMG) i mitten av stationen som fungerar som en kontrollmotor. Den sista delen är en omloppsmodul. Den används för måltider, sovande och förströelse under lugna perioder av flygningen. Här finns också luft och reningssystemet. På dess nos sitter dockningsenheten. OBEMANNADE FARKOSTER Det finns också obemannade farkoster som transporterar förnödenheter mellan jorden och rymdstationen. Nu används en rysk modell som heter Progress (liknar Soyuskapseln till det yttre). Europa håller också på att utveckla en ny obemannad farkost som kallas ATV (Automated Transfer Vehicle) som ska användas. Saab i Göteborg är med och utvecklar det datorsystem som ska övervaka dockningen mellan ATV och ISS. Den obemannade Progress kan leverera mat, kläder, hårdvara, reservdelar, post och gåvor till ISS. Dockad med ISS lastas farkosten om och fylls med sopor. Den brinner sedan upp i atmosfären vid återinträdet. Innan den lossas från ISS kan Progress användas för att korrigera höjden på ISS. Den ger då stationen en liten knuff med sina motorer. 8

9 TIDIGARE RYMDSTATIONER Ryska Mir och amerikanska Skylab som skickades upp 1973 och togs ner Första resan med rymdfärjan gjordes Modell av MIR 9

10 OMBORD PÅ RYMDSTATIONEN MAT Liksom allt på rymdstationen måste maten förpackas och förvaras på ett sätt så att den inte svävar iväg. För att maten ska hålla länge är den frystorkad. Man tillsätter vatten till förpackningen och värmer sedan maten med hjälp av varm luft. När rymdfärjan anländer till stationen kan astronauterna även få vissa färska matvaror. När maten tillagas läggs den på en special-designad bricka som håller kvar förpackningarna. Sedan använder astronauterna gaffel eller sked. Om maten är tillräckligt kladdig fastnar den på besticken, annars får man skyffla in maten i munnen. Om innehållet i en förpackning är flytande används sugrör. Men på jorden sugs vätskan upp och sedan drar gravitationen den ner igen. I rymden flyter vätskan tills du stoppar den. Därför har sugrören klämmor för att stoppa vätskan. Tappad vätska bildar klotrunda droppar som åker runt i luften. När måltiden är över packas rester och avfall ihop och förvaras tills nästa besökande rymdfarkost kommer och kan ta hand om soporna. Det är antingen rymdfärjan eller mer vanligt Progress, en obemannad farkost som kan frakta mat, luft, vatten och andra förnödenheter till stationen. Det har visat sig att lukt och smak ändras i rymden. Astonauterna vill ha maten mer kryddad än vanligtvis på jorden. All kryddning och sammansättning av astronauternas mat under vistelsen på stationen bestäms innan avfärd från jorden. SÖMN Varje astronaut som ingår i besättningen ombord på ISS har ett litet eget utrymme. Det är inte mer än en garderob i storlek. I det egna utrymmet kan astronauterna ha bilder på sina nära och kära, sätta upp sina maskotar och förvara sina personliga saker. Här finns ett fönster och sovsäcken sitter fast med hjälp av gummiband. Då solen går upp eller ner var 45:e minut behöver astronauterna använda någon form av ögonbindel. Likaså låter det mycket ombord ISS från fläktar och elektronisk utrustning. Därför är de egna sovrummen vadderade på insidan. Men öronproppar kan ändå vara bra att ha med sig. I rymden kan du sova på den bästa luftmadrassen. Fast du behöver inte madrassen, du kan sova på luft! Tänk, inga lakan att tvätta! Men för att undvika att åka runt i stationen behöver en astronaut som ska sova spänna fast sig. De flesta astronauter använder en sovsäck att sova i, men en del föredrar att bara vara fastspända. Sovsäck eller inte så sover alla i samma ställning: Kroppen är rak och händerna flyter naturligt fram framför kroppen med slappa handleder. TOALETTBESÖK Badrummet är inte heller större än en garderob. Där inne finns en toalettstol som du måste spänna fast dig på och ett handfat som du måste sticka in händerna i. Toaletten fungerar nästan som en dammsugare. När du öppnar locket till toaletten börjar fläktar i sitsen att låta. Fläktarna drar in luft genom hål under sitsen. Utan sugen skulle inget samlas i toaletten, utan flyta runt som allt gör i tyngdlöshet. Det gäller att det är tillräckligt sug från toaletten så att bajset inte fastnar på kroppen! När du ska sätta dig på toaletten öppnar du först locket, sätter fast dina fötter och spänner sedan fast låren så du kan sitta kvar på toalettstolen. Kissar gör man i en speciell behållare och varje astronaut, kvinna som man, har sitt eget munstycke. Urin samlas upp separat för att kunna separera luft från vätskan. Det görs i en centrifug och sedan kan urinet tas till vara. Urin innehåller mycket vatten och när det är renat skulle vattnet kunna användas i stationens kretslopp. Idag sker inte detta av etiska skäl, enligt Rymdstyrelsen. 10

11 I toalettstolen sitter en påse som samlar upp avfallet. När du är färdig knyter du ihop påsen och skickar iväg den ner i toalettstolen. Påsen från toaletten hamnar i en stor behållare och nästan allt går iväg med annat avfall. En del avföring sparas och tas med till jorden för analys. En ny plastpåse sätt sedan på stolen och locket fälls ner. Fläkten stängs inte av förrän locket är stängt. Ingen lämnar toalettlocket uppe i rymden! HYGIEN När du har varit på toaletten ska händerna tvättas. Vattnet får inte komma ut i rymdstationen då det är mycket elektronik som kan kortslutas. Därför används ett handfat som är mer eller mindre tillslutet och bara händerna kan stickas in. Vattnet rinner inte heller som på jorden utan formar kulor som flyter runt. Därför sprutar man vatten på en handduk och torkar sedan händerna med den. En dusch tar du på samma sätt. Du torkar av dig med en fuktig handduk. Det går också att skvätta vatten på kroppen och sedan torka sig. Vattnet från duschen får sedan dammsugas upp innan dörren till duschen öppnas. En dusch i rymden tar mycket längre tid än en på jorden! Hur borstar man förresten tänderna i rymden? FÖRVARING OCH AVFALL Allting i rymdstationen måste spännas fast eller stängas in för att inte flyta iväg. Eftersom luften pumpas runt i rymdstationen av fläktar kommer ett tappat föremål röra sig mot ventilationsluckorna. Mycket av astronauternas tid på stationen under ihopbyggandet går åt till att packa och stuva utrustning och förnödenheter. Avfall lagras ombord och packas på en obemannad Progress (se också under rubriken Dockning i tyngdlöshet). Farkosten brinner upp vid återinträdet genom atmosfären. En del avfall tas också tillbaka till jorden med rymdfärjan. Metoderna i rymdstationens återvinningssystem hjälper oss att utveckla metoderna att konservera vatten på jorden och på sikt även för längre resor ut i rymden. SYRE OCH KVÄVE Syre och kväve transporteras upp i flytande form. Dessutom utvinns syre ur vatten under dagtimmarna. Extra luft tas från rymdskytteln när den kommer. Det gäller inte Soyuz då den är för liten. Då används istället flyttbara syregeneratorer som från början utvecklats för u-båtar. Generatorerna tänds och brinner sedan under syreutveckling i 5-20 min. För att undvika koldioxidförgiftning i skytteln och i rymddräkten används litiumhydroxid som absorberar koldioxiden. Litiumhydroxid kan inte återvinnas. Rymdstationen är för stor för att använda samma slags rening. Luftreningen drivs av fläktar som för luften genom filter och in i reningssystemet. Här får luften, efter att den avfuktats, röra sig över bäddar av zeolit (mineralblandning). Koldioxid fastnar och syre och kväve transporteras vidare. När bädden är mättad stängs luftflödet och bädden värms upp. Då frigörs koldioxiden ur bädden och kan ventileras ut ur stationen. Avfuktningen av luften sker genom kondensation på kalla rör och cirkulerande rörelse tvingar vattnet in i en lagringstank för återanvändning. VATTEN Vattenförbrukningen minskas genom att en vattenlös toalett används, tvätt skickas tillbaka till jorden och mat värms med torr värme, inte kokande. Allt detta ger en förbrukning på ca 30 l per dag och person (jmfr med jorden där siffran är drygt 600 l per dag och person). Fyra personer ger ca 49 l urin och vattenavdunstning per dag. Vattnet i detta tar ca 9 tim att återvinna. Vatten i fast avfall återanvänds inte, inte heller vatten absorberat av kläder, handdukar, växt- eller djurexperiment eller av kemiska reaktioner. SOLENERGI Solpanelerna fångar upp solljus. Vingarna är rörliga och roterbara. En vinge är ca 33x11 m och totalt har vingarna en area som motsvarar ca en fotbollsplan. Varje panel består av två filtar av solceller en på var sida om en central mast, runt vilken vingarna kan justeras. Solcellerna är uppbyggda av två lager silikon med ett gap emellan. Gapet är av storleksordningen en atomdiameter. När ljus träffar silikonet gör energin att elektroner 11

12 hoppar över gapet och transporteras åt sidan. Elektroner i rörelse är ström. Varje panel består av solceller och tillsammans ger de 31 kw per panel. Batterier finns monterade nära de roterande delarna av panelerna utanpå stationen och laddas upp med halva den mängd ström som går åt till nattanvändning. KYLNING Borttagning av värme ur luften görs med hjälp av värmeväxlare. Värmeväxlaren består av ca 30 lager av luft och vatten som är åtskilda av lager med metall. Varmluft i kabinen leds in i värmeväxlaren och värmer metallen som värmer upp kallt vatten. Kyld luft leds ur systemet och varmt vatten leds vidare och tar upp värme från utrustning för att sedan ledas in i en ny värmeväxlare med ammoniak istället för luft. Ammoniak har lägre fryspunkt än vatten. Därför kan uppvärmd ammoniak ledas ut på utsidan och avkyls genom att värmen strålar iväg. Det är av säkerhetsskäl (för att inte få ammoniak i luften) som processen görs via två värmeväxlare. 12

13 NASA:S VISION To improve life here, to extend life to there and to find life beyond. NASA:S FORSKNING National Aeronautics and Space Administration (NASA) är USA:s federala myndighet för rymdfart. Myndigheten grundades 1958 som en direkt svar på Sovjetunionens uppskjutning av Sputnik 1, den första artificiella satelliten i omloppsbana runt jorden. NASA bedriver forskning på en mängd områden: Space Science Aerospace Technology Earth Science Biological and Physical Research Human exploration and development of Space 13

14 RYMDPROMENADER En astronaut på rymdpromenad visas på en helkroppsbild. Några detaljer finns markerade på rymddräkten, t ex handskar, ryggsäcken, de färgade banden och säkerhetslinan. I rymden finns ingen luft och inget vatten. Vi kan inte bara gå ut och handla ny mat om den tar slut, och på promenad måste vi kunna klara en temperaturskillnad på 500oC mellan skugga och ljus. Runt jorden har vi atmosfären som skyddar oss mot t ex gamma- och röntgenstrålning. Det är också atmosfären som bidrar till att vi har en relativt behaglig och jämn temperatur dygnet runt. I rymden måste vi skydda oss på annat sätt. Så länge astronauterna är inne i rymdstationen skyddas de av dess väggar. På rymdpromenad måste astronauterna skydda sig mot farlig strålning och mot vakuum genom att sätta på sig en rymddräkt. RYMDDRÄKTEN Det finns två olika typer av rymddräkter. Den orange rymddräkten används i rymdskytteln och är delvis en tryckdräkt för att klara ev tryckfall i skytteln. Färgen är för överlevnadssyfte. Den vita rymddräkten används utanför rymdskytteln eller ISS. Det finns en rysk och en amerikansk variant. Rymddräkt för rymdpromenader Rymddräkten för rymdpromenader består av många lager i olika material för att klara olikauppgifter. Innerst finns the bladder, gjort av nylon och i gulfärg. Detta är det viktigaste vakuumskyddet. The bladder är sytt utan sömmar som en påse, med öppningar bara i de kanter där resten av den amerikanska rymddräkten sätts ihop. Detta t ex vid hjälmen, mellan byxor och överdel och vid handskar och skor. Sedan kommer the creamlayer, ett lager i polyester som ger dräkten sin form. Materialet är starkt och håller ihop dräkten. Utanpå detta ligger ett prassligt thermolayer gjort i ett syntetiskt material som kallas mylar. Det skyddar astronauten från strålning. Ytterlagret är gjort av teflon med kevlartrådar i. Teflon är slitstarkt och kevlartrådarna fungerar som s k ripstop. Det hindrar en ev reva att sprida sig. De yttre lagren ger skydd mot vakuum, strålning och partiklar som rör sig i rymden och som skulle kunna tränga igenom en människas hud. Rymddräkten blir som en termos för astronauten. Kroppsvärmen stannar kvar och astronauten riskerar att bli överhettad om hen inte hade haft ett underställ som är försett med vattenrör. Kopplat till vattenrören sitter ett kylaggregat som pumpar ut kylvatten genom vattenrören. I ryggsäcken sitter de livsuppehållande systemen: En batteridriven radio, luftkonditionering och tillräckligt med luft för en åtta timmar lång promenad. Då det är vanligt att flera astronauter är ute på promenad samtidigt och alla har vit dräkt, identifieras personerna med hjälp av färgade band på olika delar av dräkten. Under rymdpromenaden är astronauten hela tiden fastsatt vid stationen med sin säkerhetslina. Astronauten tar sig fram genom att dra sig mellan handtag och fotstöd. Ibland kan robotarmarna ombord flytta astronauterna till en ny plats. Astronauten sitter då fast på ett fotstöd på robotarmen och manövreras från stationens insida. En fördel med detta är också att astronauten då har båda armarna fria för arbete. FÖRBEREDELSER Astronauter kan inte bara ta på sig sin rymddräkt och gå direkt ut på promenad. Det krävs lite förberedelse. Lufttrycket i dräkten ska vara lägre än det på stationen. Stationen har samma lufttryck som det är vid havsnivån på jorden, 101,3 kpa. Dräkten ska ha ett tryck som motsvarar ungefär en tredjedel av detta värde. Ett lägre tryck i dräkten förhindrar att dräktenblir för stel när den kommer ut i rymdens vakuum. Rörlighet fås också genom de olika metallringarna som finns där dräktens olika delar sätts ihop. En snabb förändring från ett högt till ett lägre tryck gör att kvävet i blodet formar gasbubblor. Om tryck-ändringen sker för hastigt riskerar astronauten att få ont i blodkärlen och kan också orsaka hjärtsvikt. 14

15 Jämför med dykning! För att motverka detta andas astronauten rent syre före promenaden för att byta ut kvävet mot syre. PÅKLÄDNAD Först tar astronauten på sig en specialdesignad blöja som kan hålla ca 1 l avfall. Därefter kommer ett underställ, inte för att hålla värme utan för att kyla. Understället innehåller ca 91 m vattenfyllda slangar. De transporterar bort den värme som dräkten annars skulle ha hållit kvar (som en termos). Den ryska dräkten tar ett par minuter att ta på sig. Hela dräkten, förutom handskarna, sitter ihop i ett stycke. Den öppnas i ryggen och astronauten kliver in och stänger dörren till dräkten. Den amerikanska tar längre tid, då den består av fler delar. Först kommer byxdelen och skorna och sedan överdelen. De två delarna sätts ihop i midjan och då behöver en annan astronaut hjälpa till. Sedan tas ev glasögon och kommunikationstekniken på, de specialgjutna handskarna och sist hjälmen med kamera och lampa fastsatta på. Dräkterna är anpassade för promenad i rymden och viktlöshet. För promenad på t ex Mars, där gravitationen känns av, krävs en mer rörlig dräkt. På rymdstationen finns delar till tolv rymddräkter som komponeras efter behov. Vanligast är att se till att fem rymddräkter hela tiden finns beredda. TRYCKKAMMAREN Astronauterna går efter påklädnad in i en tryckkammare där hälften av luften pumpas ur. Sedan sänker de trycket i dräkterna. När de har rätt tryck pumpas resten av luften ur tryckkammaren till vakuum. Därefter kopplar astronauterna loss sig från stationens system och därefter förser astronauternas ryggsäck dem med vatten, el, och syre. De har nu ca 7 timmar på sig att arbeta och ta sig tillbaka in. UTANFÖR RYMDSTATIONEN Fläktar blåser syre över ansiktet och suger utandningsluften ner till vristerna och handlederna. Kemiska filter tar bort koldioxiden från luften. Utan filter och fläktar skulle astronauten kvävas på mindre än 30 min. Vattenånga från andningsluften och svettningen kondenseras ut som dagg genom en vattenseparator. Borttaget vatten pumpas in i underställets kylsystem. En behållare med 0,65 l vatten och ett sugrör sitter i hjälmen. Vid behov finns en fruktkaka (som äts med papper och allt). Verktygen som används är som vanliga verktyg fast med tjockare handtag och med en fastsättningsanordning, t ex som en liftkortsjojo. Vid rymdpromenader är det viktigt att sätta fast alla verktyg. Även astronauten är alltid fastsatt under promenaderna, men då i ISS. TRÄNING INFÖR RYMDPROMENADER The Underwater World of Space The Neutral Buoyancy Lab är bassängen där astronauter tränar inför sina rymdpromenader. För varje timme en astronaut är planerad att vara på rymdpromenad tränas denne 3-10 tim i bassängen före avresa. Bassängen är 31x62 m och 12 m djup (ca fyra skolbussar får plats på rad). Det finns plats att träna två uppdrag/tester samtidigt och totalt kan man ha igång fem dräkter samtidigt. Dykarna hör all kommunikation mellan astronauterna och kontrollrummet. De har dessutom en egen slinga med kontrollrummet som astronauterna inte hör. Dykarna ser till att astronauterna är rätt avvägda. Vikter fästs på ryggen och på bröstet. Astronauterna ska kunna rulla runt (framåt) och ligga på rygg. Likaså avvägs verktyg, utrustning och ev stationsdelar som ska flyttas och monteras. Vatten ger motstånd så för att öva på att ge saker rätt kraft när de ska flyttas används luftskenor. Hur rymddräktens känns under rymdpromenaderna tränas i vakuumkammaren. Det finns tre typer av dykare. En är filmare och följer rörelserna hos en och samma astronaut. De andra är säkerhetsdykare. En har ett övergripande ansvar för en astronaut och kan också filma, och den andra ansvarar för att simulera vissa rörelser hos astronauten 15

16 som skulle ske i rymden men som inte sker i bassängen p g a vattnets motstånd. Det krävs alltså tre dykare per astronaut. Dykarna använder en nitroxblandning som räcker 2,5-3 tim, fördelade i två tankar. Våtdräkt, handskar, fenor, regulator m m är som vanligt för dykaren. Kommunikationen sker genom en fullfacemask samma som amerikanska flottan använder och helmasken är svensk! Totalt finns det ca 70 dykare på NASA varav 42 används i dykningsövervakningar. De jobbar i treskift och varje dräkt behöver tre dykare. Dykarna på NASA får dyka varje dag! 16

17 STAR CITY GTJC, eller Star city, är det ryska rymdcentret utanför Moskva. Här tränar astronauter och kosmonauter bl a med Soyuzkapseln. 17

18 RYMDUTSTÄLLNINGEN PLANETVÅGARNA Vågarna är inställda på att visa det värde de skulle få om de stod på respektive planet. Det betyder inte att din massa skulle ändras om du flyttade dig till en annan planet. Däremot ändras gravitationskraften som verkar på dig. Vågen visar i själva verket gravitationskraften delad med tyngdfaktorn (9,81 N/kg). Om du vill fundera på hur kraften ändras på olika planeter kan du ta värdet som vågen visar och multiplicera med 9,81. Ofta avrundar man till 10 så att om vågen visar 70 kg så är gravitationskraften ca 700 N. GRAVITATIONSTRATTEN Hur kommer det sig att satelliter rör sig runt jorden utan att ramla ner? Här kan du med en kula som modell simulera en satellit. Alla rörelser i rymden styrs av gravitationen och gravitationstratten kan användas för att beskriva planeternas rörelser enligt de allmänna gravitationslagarna. Tratten kan också illustrera en planets rörelse kring en stjärna. DIMKAMMAREN Kan man se saker som är mindre än en atom? Ja! Med hjälp av dimkammaren kan du se spår av några av de minsta partiklar vi känner till som finns runt omkring oss. En del kommer utifrån rymden och en del inifrån jorden. Alfaoch betapartiklar, protoner och myoner är några av partiklarna man kan se. MAGIC PLANET Se jorden på ett sätt som du aldrig gjort förut. Undersök kontinenter, hav och olika vädersystem. Du kan även välja andra planeter som du vill undersöka, allt i tre dimensioner. MÄT DIN LÄNGD MED RADAR Hur lång är du egentligen? Ställ dig under radarmätaren, räta ut ryggraden och stå still en stund! Med hjälp av elektromagnetisk strålning har du nu mätt dig med en millimeters noggrannhet! SNURRPLATTOR Fler konsekvenser av tyngdlöshet kan du undersöka om du kliver på en av våra snurrplattor. Pröva att utföra någon av astronauternas uppgifter. Försök att dra i en spak. Upptäck själv vilka krafter och motkrafter som verkar. KRAFTER OCH MOTKRAFTER När astronauterna rör sig i tyngdlöshet behöver de hela tiden tänka på krafter och motkrafter. När du är på jorden finns båda dessa krafter, antingen du går, står eller gör något annat. När de ska lyfta något i rymdstationen kan de inte lyfta på samma sätt som på jorden. De måstetänka på att sätta fast fötterna. Eller när de ska öppna en låda eller en lucka måste de hålla fast sig och ta spjärn i handtaget bredvid. Newtons tre lagar om kraft ger en utgångspunkt för denna monter. Den första säger att ett föremål är i vila eller rör sig med konstant fart tills det påverkas av en annan kraft som ändrar riktningen eller farten. Den andra lagen beskriver hur ett föremål kan accelereras med hjälp av en kraft. Den tredje lagen behandlar krafter och motkrafter. Om ett föremål påverkar ett annat med en given kraft, återverkar det senare föremålet på det förra med en lika stor men motsatt riktad kraft. Ta nu exemplet med luckan igen. Om du står på golvet och öppnar luckan påverkar du luckan med en kraft. Då återverkar luckanpå dig med en lika stor kraft. Men friktionen 18

19 mellan dina fötter och marken gör att du kan öppna luckan. När du står på plattan däremot så finns det fortfarande friktion mellan dina fötter och plattan, men då plattan kan röra sig kommer motkraften från luckan att transporteras genom dig och ner till plattan. Effekten blir att plattan börjar snurra. RYMDTOALETT OCH KRETSLOPP Hur gör astronauterna när de måste gå på toaletten? Vad gör man sedan med avfallet? Du kan själv se hur toaletten ser ut och fungerar på ISS. ISS-MODULEN Den internationella rymdstationen ISS snurrar ungefär 400 km över våra huvuden och är det största internationella samarbetet någonsin. Tillsammans jobbar Europas rymdorganisation (via ESA:s 15 medlemsländer) med rymdorganisationerna i USA, Ryssland, Japan och Kanada för att utveckla och bygga ihop en rymdstation. Ett varv runt jorden tar ungefär 90 min för stationen och banan kan jämföras med ett fritt fall. Gravitationen på 400 kilometers höjd är ca 90% av den som vi känner på jordens yta. Men gravitationen motverkas av rymdstationens rörelse runt jorden och allting i stationen befinner sig i tyngdlöshet. Hur ser det ut på en rymdstation? Du kan gå in i en fullskalig modell av Zvezda-modulen, en rysk servicemodul. Modulen var en av de första på ISS (International Space Station) och är helt självför-sörjande. Du kan gå in i och se föremål eller bilder av föremål som finns på rymdstationen. Känn hur trångt det är! I anslutning till modulen kan du även se hur en rymddräkt fungerar. VARDAGSBEHOV I RYMDEN Rymdstationen snurrar runt jorden i en bestämd bana vilket motsvarar ett fritt fall. Denna bana innebär att allt inne i rymdstationen faller med den. Följden blir att allt är tyngdlöst i stationen. Tyngdlösheten gör att många vardagliga saker beter sig annorlunda än på jorden. Här vill vi visa på vardagsproblem som uppstår i tyngdlöshet samt lösningar på dessa. Ställ dig på en snurrplatta och utför några givna uppgifter! Klarar du astronauternas arbete? 19

20 UPPTÄCK MER OM RYMDEN Rymden är något som fascinerar många barn och det finns många olika sätt att prata om vad som finns i rymden. Här följer några frågor och övningar som kan användas i den nya delen för att koppla ihop utställningen. Naturligtvis får de anpassas efter barnens ålder. Hur långtbort är olika himlakroppar och fenomen från jorden? Diskutera t ex planet, stjärna, satellit, vintergatan, solsystem, sol, måne, ISS, flygplan, ljusår och andra längdmått, komet, norrsken m m. HÖJDHOPP Varför blir ditt höjdhopp annorlunda på månen mot ett hopp på jorden? Hur stor är skillnaden? Hur skulle det bli om du istället hoppade på någon annan planet? Eller på solen? För äldre elever kan man prata om tyngdpunktens förflyttning. Den enkla beräkningen att du hoppar sex gånger högre på månen än på jorden gäller bara om det är ett jämfota hopp med raka ben i upphoppet. Hur blir det med en annan hoppstil? SATELLITER Satelliter rör sig på olika höjd från jordens yta och med olika hastighet. Ta hjälp av Gravitationstratten och gör observationer. Vilka rör sig snabbast? Långsammast? Hur långa är avstånden till de olika satelliterna? Om jorden skulle vara stor som en badboll var skulle då den internationella rymdstationen befinna sig? Eller en geostationär satellit? Försök hitta något i vardagen som går att jämföra med. NATURVETENSKAPEN OCH RYMDEN Olika kulturer har haft olika förklaringar på himlakroppar och fenomen. Hur ser den naturvetenskapliga bilden ut? Hur långt ut i rymden har människan varit? Vad hindrar oss från att komma längre? Hur långt ut kan vi se? Vilka instrument och metoder använder vi för att studera saker ute i rymden? Varför vill människan ut i rymden? LEVA I RYMDEN Att leva i rymden är annorlunda mot livet på jorden. Kroppen fungerar annorlunda, saker rör sig på ett ovant sätt och man måste tänka på att skydda sig mot den ogästvänliga miljön som rymden är. Om du fick träffa en riktig astronaut, vad skulle du helst vilja fråga om? Mat, vatten, luft? Vad måste man ta med sig för att klara sig utanför jordens atmosfär? Hur fungerar en rymddräkt? Egentligen är vi alla astronauter på resa genom rymden. Vårt rymdskepp är jordklotet, men varför behöver vi inte ha rymddräkt när vi är på jorden? TYNGDLÖSHET Diskutera skillnaden mellan att gå på en gata och på en isbana. Vad är det som gör att vi halkar och inte kan röra oss lika säkert på is som på asfalt? När man är i tyngdlöshet så svävar man inte för att det inte finns någon gravitation, utan för att man motverkar gravitationen med t ex en rörelse. Hur rör sig saker i tyngdlöshet? Hur går det till när man arbetar på utsidan av en rymdstation? Hur påverkas människan av gravitationen? Vad skulle hända om gravitationen inte fanns? För de äldre eleverna kan begrepp som friktion och motkraft diskuteras. VERKLIGHET ELLER SCIENCE FICTION? I dag finns många filmer som utspelar sig i framtiden och i rymden. Ta exempel från en rymdfilm och diskutera vad som är möjligt och vad som är science fiction. Hur ser det ut om 50 år? 100 år? Hur långt ut i rymden är vi 20

21 då? Om vi hittar liv på en annan planet, hur tror du att det skulle se ut? Hur ser rymdfarkosterna ut? 21

22 MARS Mars yta motsvarar den sammanlagda landytan på jorden. Tänk att undersöka den med a toastersized robot. 22