Produkty Supelco® w kosmosie
Poza granicami naszego układu słonecznego w sondzie Voyager 1
Od ponad 40 lat pierwsza generacja węglowych sit molekularnych Carbosieve pomaga zbierać dane naukowe przez sondy Voyager. Pierwszy „kosmonauta” w portfolio Supelco® położył fundament pod wiele innych postępów i innowacji w naszej firmie.
Jedna z sond kosmicznych Voyager (źródło: NASA)
Kiedy czujniki sondy Voyager 1 podniosły alarm, entuzjazm w Laboratorium Napędów Odrzutowych NASA w kalifornijskiej Pasadenie był wprost namacalny: Ta sonda kosmiczna nie wysłała żadnego niespodziewanego sygnału od lat. Wtedy to, dnia 25 sierpnia 2012 roku, zmierzona liczba cząstek wiatru słonecznego nagle spadła tysiąc razy, podczas gdy stężenie cząstek międzygwiazdowych z promieni kosmicznych wzrosło o niemal dziesięć procent. Voyager 1 ewidentnie właśnie przekroczył zewnętrzną granicę naszego układu słonecznego, czyli heliopauzę.
Żadne dzieło rąk ludzkich wcześniej nie dotarło tak daleko od Ziemi. To była historyczna chwila. Ale nie tylko dla NASA. Ta sonda kosmiczna jest wyposażona również w wyrób opracowany przez zespół Supelco® w Bellefonte w Pensylwanii. „Jesteśmy dumni, że nasz Carbosieve wciąż działa bez zastrzeżeń” mówi William „Bill” R. Betz, kierownik grupy projektów nad cząstkami w firmie naukowo-technologicznej Merck.
Węglowe sito molekularne działa już ponad 40 lat
Obraz mikroskopijny Carbosieve Voyager
Opracowane we wczesnych latach 70, ponad 40 lat po starcie sondy Voyager 1 to specjalne węglowe sito molekularne wciąż odgrywa kluczową rolę w dostarczaniu danych naukowych, które pomagają rozszerzyć nasz pogląd na układ słoneczny i zaspokajają naszą wrodzoną ludzką ciekawość na temat natury wszechświata. Pierwsza generacja serii Carbosieve otworzyła również drogę całej gamie innowacji w obszarze adsorbentów na bazie węgla w portfolio Supelco®.
Dziś nowoczesne materiały z oryginalnej serii Carbosieve są wykorzystywane jako podłoża do pobierania próbek w miernikach przepływu powietrza lub do poprawy efektywności wypełnienia w sprzęcie do ekstrakcji do fazy stałej, systemach separacji i wychwytu oraz kolumnach chromatografii gazowej. Obecnie następcy oryginalnego pasażera na Voyagerze również oczyszczają gazy lub ciecze i oddzielają syntezowane związki z mieszanin reakcyjnych.
Pierwszy Carbosieve spełniał podobne zadania. Jednak w porównaniu z obecnym stanem techniki wykazywał się niższą selektywnością, gorszą kinetyką i często pozwalał jedynie na przywieranie stosunkowo dużych cząsteczek do jego powierzchni, takich jak tlen, azot czy dwutlenek węgla.
Poszukiwania adsorbentu dla niezwykle małych cząsteczek
NASA szukało adsorbentu dla Voyagera 1 i jego sondy-siostry Voyager 2, który wykazywałby się jak największą efektywnością dla szczególnie małych cząsteczek. Naukowcy byli głównie zainteresowani wodorem i jego izotopami: deuterem i trytem, jak również helem i izotopem litu-7, czyli pierwiastkami powstałymi w momencie wielkiego wybuchu. Voyager miał między innymi zmierzyć stosunki izotopów wodoru, aby dokonać badań pod teorię wielkiego wybuchu, którą rozwinięto w roku 1966.
Dla badaczy było jasne, że niewielkie powlekane węglem kulki polimerowe wykorzystane do takich samych i podobnych pomiarów w poprzednich misjach kosmicznych były niewystarczające. Jako że w tamtym czasie portfolio Supelco® już wypracowało sobie renomę w dziedzinie rozwoju materiałów adsorpcyjnych, NASA zadzwoniło do Bellefonte. NASA chciało się dowiedzieć, czy dostępne byłyby adsorbenty odpowiednie dla takich cząsteczek, lecz wystarczająco stabilne do wytrzymania znacznych sił drgań powstających podczas startu rakiety Titan Centaur.
I wtedy nagle zadzwoniło NASA ...
Betz twierdzi, że ludzie wciąż opowiadają o tamtym telefonie i o osłupiałych twarzach swoich kolegów w centrali. Oczywiście zespół Supelco® stanął na wysokości zadania. W tamtym czasie jego projekt Carbosieve miał drobne pory o średnim rozmiarze 0,7 nanometra, więc już był w stanie adsorbować małe cząsteczki. Dodatkowo cząstki węglowego sita molekularnego odznaczały się wysoką czystością, ogromną siłą i brakiem oznak starzenia się: „Adsorbent wytrzymywał bez uszkodzeń ogromne siły ciśnienia, sięgające powyżej 1100 barów” mówi Betz.
Oznaczało to, że teoretycznie można go było zastosować na dnie głębokiego na 11 000 metrów Rowu Mariańskiego. To było pierwszym znakiem, że NASA dokonało właściwego wyboru z Carbosieve – wszak w głębinach morskich panują podobnie nieprzyjazne warunki, jak w przestrzeni kosmicznej. Agencja kosmiczna nabyła pięć gramów adsorbentu i rozpoczęła własne testy. „Trudno to było nazwać dużą transakcją” śmieje się Betz. „Ale zaszczyt ze wsparcia NASA w podboju kosmosu miał dla nas znacznie większą wartość”.
Ważne informacje odnośnie składu chemicznego naszego układu słonecznego
Jak wiadomo nam teraz, Voyager 1 i 2 faktycznie spowodowały sensację naukową: Razem odkryły 22 księżyce, każdy po trzy wokół Jowisza i Saturna oraz w sumie dziesięć wokół Urana i sześć wokół Neptuna. Odkryły również kolejne pierścienie wokół Jowisza, Urana i Neptuna oraz, dzięki pomocy Carbosieve jako środka do poboru próbek w swoich spektrometrach masowych, dostarczyły ważnych danych na temat składu chemicznego atmosfer planetarnych. Betz wciąż pamięta pierwsze dane o izotopach wodoru. „Wszyscy byliśmy tym zafascynowani”.
Jednak ekspert z Supelco® dużo bardziej wolałby dostarczyć zespołowi NASA spersonalizowane węglowe sito molekularne. W końcu stawianie czoła wyzwaniom naukowym w pełnym duchu ciekawości i głowienie się nad nimi, aż spełnią oczekiwania klientów było i wciąż pozostaje specjalnością grupy projektów nad cząstkami Supelco®.
Początek długotrwałej współpracy
Powiemy tylko tyle: To nie był ostatni telefon do zespołu Supelco® w wykonaniu NASA. Grupa projektów nad cząstkami miała jeszcze jedną okazję, żeby się sprawdzić. Ale to już inna historia, o nowej generacji adsorbentów węglowych nazwanych Carboxenami podczas misji sondy Cassini-Huygens i na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS). Tymczasem obie sondy Voyager wciąż pracowicie przesyłają dane z przestrzeni międzygwiezdnej. Szacuje się, że pozostaniemy w kontakcie z nieco wolniej lecącym Voyagerem 2 do roku 2025.
Aby można było wciąż dokonywać pomiarów do tego czasu, konieczne będzie wyłączenie wszystkich oprócz jednego czy dwóch przyrządów pomiarowych. To przedłuży życie pokładowych akumulatorów atomowych. Jednak do swojej ostatniej misji, obie sondy nie potrzebują ani pełnego akumulatora, ani kontaktu radiowego z Ziemią. Każda z nich wiezie pozłacaną płytę miedzianą w ochronnym aluminiowym płaszczu. Oprócz mapy gwiezdnej naszego układu słonecznego zawiera ona pozdrowienia, muzykę, dźwięki i obrazy z Ziemi.
Zapewne nigdy się nie dowiemy, czy obcym przypadnie do gustu zawarta na płycie piosenka „Johnny B. Goode” Chucka Berry’ego, ani czy zaimponuje im proszek Carbosieve z porami dokładnymi do dziesiątych części nanometra: Bowiem dotarcie do miejsca, gdzie może istnieć życie, zajmie sondom kilkaset tysięcy lat.
Zaloguj się lub utwórz konto, aby kontynuować.
Nie masz konta użytkownika?