Kraków chce lecieć w kosmos
Akademia Górniczo-Hutnicza to nie tylko węgiel i stal. Ta krakowska uczelnia powołała niedawno Centrum Technologii Kosmicznych i zamierza rozwijać badania w tym właśnie kierunku. I ma już pewne osiągnięcia.
Gdy sonda weszła w atmosferę i zbliżyła się do powierzchni planety, wypuściła spadochron, którego wielka czasza zmniejszyła prędkość jej opadania. Potem włączyły się silniki, co pozwoliło wyhamować i łagodnie osiąść na powierzchni. Po chwili potrzebnej na uruchomienie aparatury i wysłanie pierwszych meldunków na Ziemię lądownik uwolnił niewielki czterokołowy pojazd ze złożonym ramieniem, który ostrożnie ruszył przed siebie.
Po przejechaniu kilkudziesięciu metrów pojazd zatrzymał się i zakotwiczył w terenie. Jego ramię najpierw rozłożyło się do pionu, potem dotknęło gruntu, a umieszczony na jego końcu świder zaczął się kręcić. Gdy świder dotarł na głębokość kilkudziesięciu centymetrów, wywiercony materiał w postaci długiego rdzenia został wyciągnięty na powierzchnię, pocięty na mniejsze kawałki i umieszczony w specjalnym zasobniku. Po wykonaniu tej operacji pojazd złożył ramię i ruszył z powrotem do lądownika.
Tak wyglądałaby praca skonstruowanej w Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie mobilnej wiertnicy, gdyby udało się jej trafić w kosmos. Bo oto kilka lat temu naukowcy z Katedry Wiertnictwa i Geoinżynierii AGH oraz Katedry Robotyki i Mechatroniki we współpracy z Centrum Badań Kosmicznych PAN zbudowali urządzenie, które miało samodzielnie dotrzeć w określone miejsce, wywiercić otwór i pobrać próbki gruntu, a następnie dostarczyć je z powrotem do bazy. Wykonana z tytanu wiertnica miała sprawdzać się w niekorzystnych warunkach: w trudno dostępnym terenie, podczas powodzi, w strefie skażenia lub zapylenia, ale także w warunkach kosmicznych - na innych planetach, księżycach, kometach.
Tradycyjnie już przy wysyłaniu sond lądujących na ciałach kosmicznych pobiera się próbki gruntu, by poddać je badaniom w celu ustalenia składu chemicznego, śladów wody, obecności żywych organizmów. Na poważnie myśli się też o pozyskiwaniu cennych surowców obecnych być może na ciałach niebieskich blisko Ziemi (np. tytanu, kobaltu, manganu, platyny, niklu). I to właśnie w takich misjach miała znaleźć zastosowanie kosmiczna wiertnica z AGH.
Kosmos się sprywatyzował
Budowa wiertnicy była jednym z elementów realizowanego od pewnego czasu w AGH programu rozwijania technologii kosmicznych. Akademia ma bowiem ambicje stania się znaczącą placówką naukową w tej początkującej u nas branży. Latem ubiegłego roku AGH wygrała konkurs Komisji Europejskiej i weszła do konsorcjum pod nazwą European Space University for Earth and Humanity (Europejski Uniwersytet Kosmiczny dla Ziemi i Ludzkości).
Wraz z czterema innymi europejskimi uczelniami z Francji, Niemiec, Luksemburga i Szwecji będzie rozwijać kształcenie, naukę i technologie związane z badaniami i wykorzystaniem kosmosu. To właśnie w tym celu w listopadzie 2020 r. powołano w akademii Centrum Technologii Kosmicznych.
- Jakiś czas temu nastąpiła zasadnicza zmiana w kwestii badań przestrzeni kosmicznej. Badania te bardzo się upowszechniły i nie są już domeną wielkich państwowych agencji. Kosmos się sprywatyzował. Wynoszeniem satelitów na orbitę zajmuje się obecnie aż dwanaście prywatnych firm, a ceny tych usług znacząco spadły - wyjaśnia dyrektor Centrum Technologii Kosmicznych AGH prof. Tadeusz Uhl, który w AGH od dawna propaguje takie badania i taką tematykę.
Mało tego, modne stało się określenie New Space, oznaczające nową erę w dziejach kosmosu i jego dostępność dla prywatnych przedsięwzięć oraz zwykłych ludzi. Dotychczas wyprawy poza Ziemię związane były z bardzo poważnymi programami naukowymi i technologicznymi, wymagającymi gigantycznych środków pieniężnych. W kosmos mogli polecieć tylko starannie wyselekcjonowani naukowcy i astronauci. Teraz, wraz ze wspomnianą prywatyzacją usług i realnym obniżeniem kosztów, zbliżamy się do tego, by w kosmos mógł polecieć każdy.
- Od dawna mówi się o turystyce kosmicznej. Za pięć lat ma powstać komercyjny hotel na orbicie, a w dalszej kolejności hotel na Księżycu. Przygotowania już trwają i są zaawansowane. Wiele firm oferuje chętnym do przyszłego lotu odpowiednie przeszkolenie - tzw. analogowe misje kosmiczne. Symulują one prawdziwy lot w kosmos i sprawdzają, czy ktoś w ogóle nadaje się do takiej wyprawy. Chcemy, by nasi studenci też przechodzili takie przygotowanie - mówi prof. Uhl.
Satelita z Krakowa
AGH nie zaczyna od zera. Uczelnia już od jakiegoś czasu działa w dziedzinie technologii kosmicznych. Od 2014 r. istnieje tam studencki zespół AGH Space Systems, który zajmuje się rozwijaniem konstrukcji kosmicznych (jego motto to: „See you in space” - „Do zobaczenia w kosmosie”). Zespół buduje rakiety, łaziki marsjańskie, lądowniki planetarne, stworzył też system pionowego startu i lądowania. W 2017 r. zespół zbudował pierwszy w Polsce pełnowymiarowy silnik rakietowy na ciekły materiał pędny, wytwarzający 100 kg siły ciągu. Konstrukcje z AGH Space Systems wielokrotnie zdobywały nagrody i wyróżnienia na międzynarodowych zawodach studenckich.
Inny - tegoroczny - studencki projekt dotyczy problemu kosmicznych śmieci przemieszczających się po orbicie Ziemi i stanowiących zagrożenie dla satelitów. Czterej studenci automatyki i robotyki postanowili opracować algorytm pozwalający przewidywać pozycję i orientację kosmicznego odpadu, a to z kolei umożliwi bezpieczne jego przechwycenie. Praktyczne eksperymenty z wychwytywania odbędą się na specjalnej wieży zrzutowej Uniwersytetu w Bremie. Projekt zwyciężył w konkursie zorganizowanym przez Europejską Agencję Kosmiczną.
Studenci AGH mają w ogóle bardzo ciekawe kosmiczne pomysły. W 2019 r. oni i ich koledzy z UJ zbudowali własnego satelitę niewielkich rozmiarów, przy pomocy którego zamierzali wykonać w przestrzeni kosmicznej bardzo interesujące doświadczenie. Postanowili mianowicie sprawdzić, czy da się sterować satelitą przy pomocy cieczy magnetycznej (tzw. ferrofluidu) wprowadzonej w ruch wirowy. Jeżeli wywołałoby to zmianę prędkości i kierunku obrotów satelity, to system mógłby zastąpić stosowane obecnie droższe i cięższe elektromagnesy i wirujące dyski. A to uprościłoby zasady budowy małych satelitów.
Krakowski satelita - nazwany KRAKSat - poleciał w kosmos na pokładzie amerykańskiego statku kosmicznego Cygnus NG-11, a następnie został wystrzelony z Międzynarodowej Stacji Kosmicznej na niską orbitę okołoziemską. Niestety, poważna awaria zasilania sprawiła, że KRAKSat nie był w stanie w pełni się uruchomić i tak ciekawie zapowiadający się eksperyment nie doszedł do skutku. Projekt pokazał jednak, że również w AGH może powstać oryginalny pomysł badawczy dotyczący technologii kosmicznej i da się go własnymi siłami zrealizować. Tak ważne historycznie, naukowo i prestiżowo wydarzenie - pierwszy satelita zbudowany w Krakowie, który trafił w kosmos - spotkało się z zadziwiająco słabym zainteresowaniem mediów i społeczeństwa…
Wylądować na Fobosie
Może inaczej będzie z kolejnym projektem realizowanym w AGH, projektem naprawdę z pierwszej kosmicznej ligi. Oto w 2018 r. badacze z krakowskiej uczelni rozpoczęli prace nad symulacją lądowania pojazdu na jednym z księżyców Marsa - Fobosie. Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) przygotowuje bowiem misję wysłania sondy badawczej na Fobosa, na który nigdy wcześniej nie dotarł żaden ziemski obiekt.
Jako że na tym księżycu jest bardzo mała grawitacja, lądownik musi na nim osiąść za pierwszym razem. Nieudane lądowanie może doprowadzić do koziołkowania, a nawet do rozbicia pojazdu. Zespół badawczy z AGH opracował więc materiał zbliżony składem do gruntu Fobosa. Następnie zaś przeprowadził praktyczne symulacje zetknięcia stopy lądownika z powierzchnią księżyca.
Odbyło się to na specjalnie skonstruowanej platformie w jednej z hal Wydziału Górnictwa i Geoinżynierii AGH. Stopę dostarczyło Centrum Badań Kosmicznych PAN w Warszawie. Wnioski z doświadczeń i analiz zostaną przedstawione w postaci modelu matematycznego, a ten zostanie następnie praktycznie wykorzystany przez inżynierów ESA przy budowie lądownika. Doświadczenia zebrane w AGH w tym projekcie (noszącym nazwę „LOOP - Landing Once on Phobos”) mają zostać wykorzystane przez ESA do opracowania ogólnych zasad bezpiecznego i wielokrotnego lądowania na asteroidach stosowanych przez agencję.
Własnego satelitę chce też w ciągu czterech lat zbudować i umieścić na orbicie Centrum Technologii Kosmicznych AGH. - Będzie to satelita obserwacyjny Ziemi, dostarczający rozmaitych danych o globie. Dane te będziemy przekazywać uczonym, a oni będą mogli z nich korzystać. Budowę zrealizujemy we współpracy z zagranicznymi uczelniami, które mają już w tym doświadczenie. Np. z japońskim Uniwersytetem Tohoku, który ma na orbicie 16 własnych satelitów - wyjaśnia prof. Uhl.
Jest popyt
Wszystkie te badawcze i wdrożeniowe działania AGH nie będą zawieszone - nomen omen - w próżni, lecz mają wpisywać się w rozwijający się także w naszym kraju przemysł kosmiczny. Bo i Polska ma swoją branżę kosmiczną. W Krakowie mieści się centrum rozwojowe firmy ICEYE, założonej przez Polaka w Finlandii, która jest właścicielem siedmiu satelitów (do końca 2021 r. będzie miała ich 15), wyposażonych w radary SAR do monitorowania infrastruktury oraz struktur geologicznych na Ziemi z bardzo dużą rozdzielczością.
Inny ciekawy przykład, jaki podaje prof. Tadeusz Uhl, to firma SatAgro z Warszawy, wykorzystująca obrazowanie satelitarne do analizy wpływu zmian pogody na uprawy, doboru dawek nawozów sztucznych dla rolników. Na podstawie tych analiz rolnik w odpowiedni sposób może dobrać dawkę i skład nawozów, a to przekłada się na oszczędności, lepsze plony, a przede wszystkim ogranicza zanieczyszczanie gleby.
- Na dane satelitarne jest duży popyt na rynku, istnieje też zapotrzebowanie na umieszczanie w kosmosie kolejnych konstelacji satelitów. Poza tym technologie kosmiczne to generator innowacyjnych rozwiązań, mogących znaleźć zastosowanie również na Ziemi. Wszystko to sprawia, że przemysł kosmiczny ma przed sobą obiecującą przyszłość. I nasza akademia też chce się w to włączyć - podkreśla prof. Uhl.
Badacze z uczelni rozpoczęli prace nad symulacją lądowania pojazdu na jednym z księżyców Marsa - Fobosie