W piątek 21 listopada zakończyła się 88. kampania lotów parabolicznych Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA), w której z sukcesem przeprowadzono polski eksperyment PETER-PFC. Projekt, realizowany przez konsorcjum CBK PAN, Akademia Górniczo-Hutnicza, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski oraz firmę Spacive bada zachowanie regolitu księżycowego i urządzeń do jego pozyskiwania w warunkach grawitacji zbliżonej do tej na powierzchni Księżyca.
Operacje na powierzchni Księżyca stawiają wyjątkowe wyzwania — niższa grawitacja, ograniczenia masy i mocy, ekstremalne temperatury oraz próżnia znacząco wpływają na mechanikę gruntów. Loty paraboliczne, podczas których przez kilkadziesiąt sekund odtwarzane są warunki grawitacyjne panujące na Księżycu, dają unikatową możliwość przeprowadzenia badań interakcji pomiędzy regolitem a urządzeniami mechanicznymi w realistycznych warunkach.
Polskie instytucje naukowe intensywnie rozwijają technologie wydobycia regolitu księżycowego. Szczególną rolę odgrywa tu projekt DIGGER, realizowany przez Centrum Badań Kosmicznych PAN (CBK PAN) we współpracy z Europejską Agencją Kosmiczną (ESA). W ramach projektu 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 zostało przetestowane w warunkach rzeczywistej grawitacji księżycowej — stąd potrzeba eksperymentów w locie parabolicznym.
Na potrzeby kampanii ESA opracowano zestaw eksperymentalny PETER (Planetary Excavation Technology vERification system), które zostały wykonane podczas lotów parabolicznych. W skład zestawu wchodzą:
– urządzenie RCE,
– komora testowa do cięcia regolitu ostrzem,
– bęben obrotowy do analizy kąta usypu,
– symulanty regolitu AGK-2010, LHS i LMS,
– szczelna obudowa zabezpieczająca sprzęt i załogę przed pyłem.
Projekt PETER-PFC koncentruje się na pięciu kluczowych zagadnieniach naukowych:
- wyznaczeniu parametrów geotechnicznych regolitu jako funkcji jego gęstości w warunkach księżycowej grawitacji,
- ocenie wydajności urządzenia Rotary Clamshell Excavator (RCE) – górniczego manipulatora opracowanego w ramach projektu ESA DIGGER,
- analizie ruchu regolitu za pomocą systemu wizyjnego,
- zbadaniu wpływu różnych symulantów regolitu (AGK-2010, LMS) na mechanikę cięcia,
- porównaniu wyników badań w grawitacji ziemskiej i księżycowej.
Badania te wpisują się w kluczowe pytania dotyczące przyszłej eksploracji Księżyca, w tym przygotowania technologii dla In Situ Resource Utilisation (ISRU), czyli lokalnego pozyskiwania zasobów niezbędnych do budowy infrastruktury, produkcji paliw czy wspierania misji załogowych Artemis i Terrae Novae.
– 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, kierownik projektu.
Dodaje, że kampania wypadła znakomicie i pozwoliła zebrać cenne dane. Udało się m.in.:
– Przeprowadzić oba eksperymenty PETER-PFC
PETER-PFC-part 1 (CBK PAN): testy urządzenia RCE podczas kopania w symulancie regolitu AGK-2010 w warunkach grawitacji księżycowej.
PETER-PFC-part 2 (AGH): pomiary parametrów geotechnicznych regolitu, w tym kąta usypu i cech wytrzymałościowych.
– Przygotować i wyszkolić sześciu operatorów lotnych:
Konrad Rutkowski (CBK PAN), Adam Kolusz (AGH), Jakub Kopeć (AGH), Grzegorz Chmaj (Spacive/DRI Solution), Karol Seweryn (CBK PAN) i Ryszard Zawiła (Spacive).
Dodatkowo przeszkolono także operatorów z Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego.
– Zebrać bogaty materiał badawczy:
PETER-part 1 (CBK PAN) – 45 zestawów danych z 54 zaplanowanych,
PETER-part 2 (AGH) – 83 zestawy danych z 90 zaplanowanych.
Dodatkowo zebrano część danych w warunkach ziemskich.
– Zapewnić znakomitą logistykę i bezpieczeństwo operacji
Dzięki współpracy między CBK PAN, AGH, UWM i firmą Spacive zminimalizowano ryzyka operacyjne oraz zapewniono doskonałe warunki pracy w bazie w Bordeaux.
– Nawiązać nowe kontakty międzynarodowe
Przedstawiciele projektu spotkali się m.in. z ekspertami z DLR w Kolonii oraz innymi zespołami prowadzącymi eksperymenty w kampanii ESA.
– Można powiedzieć, że odebraliśmy dobrą lekcję obejmującą zarówno procesy inżynierskie, operacyjne, jak i organizacyjne — kluczowe dla przyszłych kampanii i prac badawczych – mówi dr hab. Karol Seweryn.
Neil Melville, menedżer lotów parabolicznych ESA, podkreślił wysoką wartość eksperymentu CBK PAN. Wskazał, że układ testowy RCE został poprawnie przygotowany, a wszystkie kluczowe funkcje — od procesu kopania, po resetowanie własności geotechnicznych symulantu — działały zgodnie z założeniami. Zebrane dane zostaną w najbliższych miesiącach poddane analizie i udostępnione w duchu otwartej nauki (Open Science).
Badania PETER-PFC mają znaczenie zarówno dla misji kosmicznych, jak i przemysłu na Ziemi.
Zrozumienie zachowania regolitu w niższej grawitacji:
– wspiera rozwój technologii górnictwa księżycowego i programów ISRU,
– pozwala lepiej projektować systemy transportu materiałów sypkich, również tych stosowanych w przemyśle i logistyce na Ziemi.
Projekt PETER-PFC potwierdził, że polskie instytucje i zespoły inżynierskie skutecznie realizują eksperymenty na najwyższym europejskim poziomie — od projektowania urządzeń, przez operacje w locie, po analizę danych. Liczymy na to, że kolejnym krokiem będzie Księżyc!
Pełna treść komunikatu prasowego wraz ze zdjęciami dostępna pod linkiem tutaj.
