Polski zespół badaczy zakończył udaną kampanię eksperymentalną w ramach 88. lotów parabolicznych Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA). Testy pozwoliły sprawdzić zachowanie regolitu księżycowego oraz działanie urządzeń, które w przyszłości mają wspierać pozyskiwanie surowców na powierzchni ziemskiego satelity.

Źródło: PAN

Regolit to wierzchnia, pylasta warstwa Księżyca, która może być ważnym elementem dla przyszłych misji załogowych. Pył składa się głównie z tlenu, krzemu, żelaza, wapnia, tytanu, glinu i magnezu.

Symulacja Księżyca w warunkach lotu

Loty paraboliczne umożliwiają krótkotrwałe odtworzenie grawitacji zbliżonej do księżycowej. To właśnie w takich warunkach naukowcy z CBK PAN, Akademii Górniczo-Hutniczej (AGH), Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego (UWM) i firmy Spacive poddali próbom prototypowe systemy badawcze.

– Operacje na powierzchni Księżyca stawiają wyjątkowe wyzwania. Niższa grawitacja, ograniczenia masy i mocy, ekstremalne temperatury oraz próżnia znacząco wpływają na mechanikę gruntów. Loty paraboliczne dają unikatową możliwość przeprowadzenia badań interakcji pomiędzy regolitem a urządzeniami mechanicznymi w realistycznych warunkach – tłumaczyła rzeczniczka CBK PAN, Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka.

Wspomniane ograniczenia sprawiają, że technologia weryfikowana w tej kampanii jest niezbędna dla przyszłych misji budujących księżycową infrastrukturę.

Rotary Clamshell Excavator pod lupą

Centralnym elementem testów był prototyp koparki RCE (Rotary Clamshell Excavator), rozwijany w ramach projektu DIGGER i prowadzony przez CBK PAN we współpracy z ESA. Urządzenie ma już poziom gotowości TRL 6 czyli jest funkcjonalnym prototypem, który zaliczył testy środowiskowe (np. drgania startowe, pył, temperatura), a przeprowadzone loty stanowiły jego pierwszą próbę w warunkach obniżonej grawitacji.

Do eksperymentów wykorzystano kompleksowy zestaw PETER (Planetary Excavation Technology vERification system), obejmujący komorę cięcia regolitu, bęben pomiarowy oraz zestaw symulantów regolitu AGK-2010, LMS i LHS. Hermetyczna obudowa chroniła zarówno sprzęt, jak i załogę przed unoszącymi się cząstkami pyłu.

Źródło: Freepik

Setki pomiarów i precyzyjna analiza regolitu

W ramach PETER-PFC przeprowadzono dwa główne typy eksperymentów:

• testy wydobywcze prowadzone przez CBK PAN,
• pomiary geotechniczne wykonywane przez AGH.

Łącznie zebrano ponad sto zestawów danych dotyczących kąta usypu, wytrzymałości i zachowania regolitu podczas pracy ostrzy i manipulatorów. Porównano także wyniki z warunkami ziemskimi, co pozwoli lepiej modelować pracę urządzeń w przyszłych misjach.

Najważniejsze cele badawcze projektu PETER-PFC to:

• Określenie właściwości geotechnicznych regolitu w zależności od jego zagęszczenia, przy grawitacji zbliżonej do księżycowej,
• Sprawdzenie efektywności koparki RCE, czyli manipulatora opracowanego w ramach programu DIGGER realizowanego z ESA,
• Rejestracja i analiza sposobu przemieszczania się pyłu księżycowego z wykorzystaniem specjalistycznego systemu wizyjnego,
• Ocena, jak różne symulanty (AGK-2010, LMS) wpływają na proces cięcia i zachowanie materiału,
• Zestawienie wyników z testów prowadzonych w mikrograwitacji i na Ziemi, aby porównać różnice w zachowaniu regolitu i pracy urządzeń.

– Koncepcja ISRU 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 – wyjaśniał dr hab. inż. Karol Seweryn z Centrum Badań Kosmicznych PAN, kierownik projektu.

Wysoka ocena ESA i nowe możliwości

Cytowany przez CBK przedstawiciel ESA, Neil Melville, stwierdził, że układ RCE działał zgodnie z założeniami i został dobrze przygotowany.

To ważna informacja dla całego zespołu, który musiał zadbać nie tylko o urządzenia, ale też o bezpieczeństwo operacji w warunkach mikrograwitacji.

– Eksploracja kosmosu coraz częściej opiera się na wykorzystaniu lokalnych zasobów, co obniża koszty i zwiększa autonomię misji. Koncepcja ISRU 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 – wspomniał kierownik projektu PAN.

W trakcie kampanii przeszkolono grupę operatorów obsługujących aparaturę. Były to osoby z różnych instytutów badawczych m.in.:

• Konrad Rutkowski (CBK PAN),
• Adam Kolusz (AGH),
• Jakub Kopeć (AGH),
• Grzegorz Chmaj (Spacive/DRI Solution),
• Karol Seweryn (CBK PAN)
• Ryszard Zawiła (Spacive)

Międzynarodowe konsultacje otworzyły możliwość współpracy przy kolejnych projektach.

– Można powiedzieć, że odebraliśmy dobrą lekcję obejmującą zarówno procesy inżynierskie, operacyjne, jak i organizacyjne kluczowe dla przyszłych kampanii i prac badawczych – ocenił Karol Seweryn.

Kolejne kroki: publikacja danych i prace nad technologiami ISRU

Obecnie trwają prace nad analizą zgromadzonych danych, które zostaną udostępnione w formule Open Science. Będą stanowić cenną bazę dla projektów związanych z ISRU – technologiami pozyskiwania surowców bezpośrednio na Księżycu.

Wyniki posłużą nie tylko misjom NASA i ESA, ale także przemysłowi ziemskiemu, m.in. w zakresie projektowania systemów transportu i obróbki materiałów sypkich.

Polska kampania PETER-PFC potwierdziła, że rodzime instytucje są gotowe do realizacji wymagających eksperymentów kosmicznych. Kolejnym etapem może być już testowanie urządzeń na powierzchni Księżyca.

Źródło: PAN/ naukawpolsce.pl