Naukowcy z CBK PAN, AGH, UWM oraz Spacive przeprowadzą kampanię testów kosmicznej koparki w prestiżowej kampanii lotów parabolicznych ESA

Polscy naukowcy i inżynierowie wezmą udział w 88. kampanii lotów parabolicznych ESA, realizowanej we współpracy z firmą Novespace z Francji. Kampania, prowadzona w unikatowych warunkach lotu parabolicznego, czyli imitującego warunki zmniejszonej grawitacji, umożliwi przeprowadzenie unikatowych eksperymentów w warunkach analogicznych do księżycowej grawitacji. Testowane będą interakcje pomiędzy urządzeniami mechanicznymi a regolitem księżycowym.

Kampania wyznaczona jest na listopad tego roku. 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).

ISRU – fundament przyszłej gospodarki kosmicznej

– 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 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.

Kampania badawcza PETER – 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 przeprowadzenie czterech głównych eksperymentów:

1. Oceny wydajności RCE w warunkach niższej grawitacji.
2. Pomiaru właściwości mechanicznych regolitu (kąt zsypu, płaszczyzna zniszczenia) w zależności od jego gęstości.
3. Analizy ruchu ziaren regolitu zarejestrowanego kamerami w trakcie interakcji z urządzeniami.
4. Porównania wpływu różnych symulantów regolitu na mechanikę cięcia.

Współpraca i interdyscyplinarność

Badania naukowe oraz przygotowanie eksperymentu prowadzone są w ramach grantu NCN Sonata-Bis (DEC-2020/38/E/ST8/00527), którego liderem jest dr hab. inż. Karol Seweryn z CBK PAN. W eksperyment zaangażowani są również:

• zespół AGH pod kierownictwem dr hab. inż. Alberto Galliny, odpowiedzialny za eksperymenty geotechniczne,
• zespół UWM kierowany przez dr hab. inż. Jacka Katzera, realizujący testy referencyjne w warunkach laboratoryjnych,
• firma Spacive, odpowiedzialna za inżynieryjne przygotowanie zestawu do lotów.

Znaczenie eksperymentów

– Testy, 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 Karol Seweryn i dodaje, że zebrane wyniki – obejmujące blisko 100 eksperymentów – zostaną udostępnione społeczności naukowej i będą miały bezpośrednie zastosowanie w planowaniu przyszłych misji załogowych, wydobywczych i budowlanych na Księżycu i innych ciałach Układu Słonecznego.

Galeria

(aby przejść do galerii, kliknij w zdjęcie poniżej)

fot. CBK PAN