Polscy naukowcy i inżynierowie wezmą udział w 88 kampanii lotów parabolicznych Europejskiej Agencji Kosmicznej. Kampania umożliwi przeprowadzenie eksperymentów w warunkach analogicznych do księżycowej grawitacji. Testowane będą interakcje pomiędzy urządzeniami mechanicznymi a regolitem księżycowym.
Kampania będzie prowadzona w warunkach lotu parabolicznego, czyli imitującego warunki zmniejszonej grawitacji. Została wyznaczona na listopad. Lot odbędzie się nad Atlantykiem. Głównym celem misji jest weryfikacja technologii wydobycia księżycowego regolitu – elementu niezbędnego dla misji kosmicznych opartych na koncepcji In-Situ Resource Utilization (ISRU).
– Eksploracja kosmosu coraz częściej opiera się na wykorzystaniu lokalnych zasobów, co obniża koszty i zwiększa autonomię misji. Koncepcja ISRU (In-Situ Resource Utilisation) obejmuje pozyskiwanie, przetwarzanie i wykorzystanie surowców bezpośrednio w przestrzeni kosmicznej. W działania te zaangażowane są czołowe agencje: NASA w programie Artemis oraz ESA w inicjatywie Terrae Novae – wyjaśnia dr hab. inż. Karol Seweryn z Centrum Badań Kosmicznych PAN.
Polskie instytucje naukowe intensywnie rozwijają technologie wydobycia regolitu. Szczególną rolę odgrywa tu projekt DIGGER, realizowany przez CBK PAN we współpracy z ESA. W jego ramach opracowano urządzenie Rotary Clamshell Excavator (RCE) – mechaniczny próbnik regolitu, który uzyskał poziom gotowości technologicznej TRL 6. Oznacza to, że urządzenie jest funkcjonalnym prototypem, który przeszedł testy środowiskowe (np. drgania startowe, pył, temperatura), ale jeszcze nie został przetestowany w warunkach rzeczywistej grawitacji księżycowej. Dlatego właśnie potrzebne są eksperymenty w locie parabolicznym.
– Lot paraboliczny wykonuje się specjalnym samolotem, który odlatuje daleko od lądu, w tym przypadku nad Ocean Atlantycki, i po osiągnięciu wysokości przelotowej (11–12 km nad ziemią) przez 30 sekund gwałtownie spada. W tym czasie następuje symulacja mikrograwitacji. Takich gwałtownych spadków i wzniesień jest podczas jednego lotu od pięciu do sześciu, a nam Europejska Agencja Kosmiczna zasponsorowała cztery dni takich lotów. W trakcie tych 30 sekund będziemy prowadzić eksperymenty. Jeśli potoczą się one tak, jak zakładamy, to znajdziemy się na zupełnie innym poziomie badawczym, bo nasze rozwiązania będą przetestowane w warunkach bardzo zbliżonych do tych, które panują na Księżycu – podkreśla dr hab. inż. Jacek Katzer z Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego w Olsztynie.
Eksperymenty w grawitacji księżycowej
Na potrzeby kampanii ESA opracowano zestaw eksperymentalny PETER (Planetary Excavation Technology vERification system), który zostanie wykonany podczas lotów parabolicznych. W skład zestawu wchodzą: urządzenie RCE, komora testowa do testu ścinania płytowego, bęben obrotowy do analizy kąta zsypu, analogi regolitu księżycowego AGK-2010 i JSC-1A, szczelna obudowa zabezpieczająca sprzęt i załogę przed pyłem.
– Regolit zostanie umieszczony w transparentnych pojemnikach i posłuży do przeprowadzenia eksperymentów. Zbadamy pobieranie próbek regolitu, testy ścinania płytowego i kąta usypu. Każdego dnia testów będziemy pracowali na innymi regolicie. Dodatkowo w każdej paraboli regolit będzie resetowany do swoich nominalnych parametrów geotechnicznych – wyjaśnia dr hab. inż. Karol Seweryn.
Zestaw umożliwia ocenę wydajności RCE w warunkach niższej grawitacji; pomiar właściwości mechanicznych regolitu (kąt zsypu, płaszczyzna zniszczenia) w zależności od jego gęstości; analizę ruchu ziaren regolitu zarejestrowanego kamerami w trakcie interakcji z urządzeniami, a także porównania wpływu różnych symulantów regolitu na mechanikę cięcia.
– Eksperymenty, takie jak test ścinania płytowego w przezroczystej komorze i analiza zachowania gruntu w bębnie obrotowym, umożliwią walidację modeli numerycznych zachowania regolitu w niskiej grawitacji. Tego typu dane są niedostępne na Ziemi, gdzie każdy eksperyment z regolitem „skażony” jest wpływem ziemskiego przyciągania – tłumaczy kierownik projektu i dodaje, że zebrane wyniki, obejmujące blisko 100 testów, zostaną udostępnione społeczności naukowej i będą miały bezpośrednie zastosowanie w planowaniu przyszłych misji załogowych, wydobywczych i budowlanych na Księżycu i innych ciałach Układu Słonecznego.
W kampanii uczestniczyć będą zespoły z Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk (lider), Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie (eksperymenty geotechniczne), Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego w Olsztynie (testy referencyjne w warunkach laboratoryjnych) i firmy Spacive (inżynieryjne przygotowanie zestawu do lotów).
MK, źródło: CBK PAN, UWM