Jak polska robotyka może wspomóc eksplorację Księżyca?

Już za kilka dni na stanowisku startowym na przylądku Canaveral ma pojawić się rakieta SLS, która w lutym wyniesie załogę misji Artemis II w kierunku Księżyca. Będzie to pierwszy od ponad 50 lat lot ludzi poza orbitę okołoziemską i symboliczny powrót na trasę wyznaczoną przez astronautów programu Apollo. Program Artemis zakłada początek długoterminowej, systematycznej obecności człowieka na Srebrnym Globie. Czy polskie rozwiązania robotyczne mogą być mu przydatne? PIAP Space od lat pokazuje, że tak.

Źródło: Space Agency

Kluczowa rola technologii w powrocie na Księżyc

Powrót na Księżyc w zupełnie nowej formule niż w programie Apollo będzie oznaczać, że kluczową rolę odegrają technologie wspomagające pobyt człowieka na jego powierzchni. Jednymi z niezbędnych rozwiązań będą systemy robotyczne. Eksploracja na dużą skalę, operacje logistyczne, prace naukowe i wsparcie przyszłych misji załogowych nie będą możliwe m.in. bez precyzyjnych ramion robotycznych, chwytaków oraz zaawansowanych systemów czujników w tym między innymi czujników sił i momentów. To właśnie robotyka umożliwia stworzenie nowych systemów transportowych, budowę łazików, a także bezpieczne przenoszenie ładunków, rozładunek lądowników, czy idąc jeszcze dalej budowę baz i obsługę infrastruktury. Systemy robotyczne będa wyręczać człowieka w pracach które muszą być wykonane w ekstremalnych warunkach księżycowych.

Technologie PIAP Space w obszarze robotyki kosmicznej

W tym kontekście warto zwrócić uwagę na technologie rozwijane przez warszawską spółkę PIAP Space, która od lat wzmacnia kompetencje w obszarze robotyki kosmicznej. Jednym z kluczowych projektów firmy dotyczącym robotyki planetarnej, jest MANUS – system robotyczny składający się z ramienia, układu sterowania i systemu wizyjnego, rozwijany na potrzeby księżycowej misji transportowej ARGONAUT, realizowanej przez Europejską Agencję Kosmiczną (ESA). ARGONAUT będzie wszechstronnym lądownikiem księżycowym, zaprojektowanym do dostarczania ładunków i infrastruktury dla przyszłych baz, czy prowadzenia autonomicznych badań naukowych. Jednym z jego najważniejszych zadań będzie bezpieczne przemieszczanie ładunku dostarczonego z Ziemi. Aby osiągnąć wszechstronne zastosowanie lądownika, niezbędne będzie wyposażenie go w uniwersalny system rozładunku. I tu właśnie istotną rolę odegra MANUS.

Projekt MANUS

Aktualna faza projektu MANUS obejmuje zarówno część projektową, jak i prototypową. PIAP Space, we współpracy z partnerami przemysłowymi i technologicznymi, opracował dojrzałą koncepcję ramienia robotycznego zdolnego do:

• wsparcia operacji logistycznych,
• badań naukowych,
• przyszłych misji załogowych,

w oparciu o scenariusze referencyjne przygotowane przez ESA. Równolegle powstaje model typu breadboard, który umożliwił demonstrację technologii, testy oraz weryfikację funkcji systemu w warunkach zbliżonych do rzeczywistych.

Sześcioosiowy czujnik siły i momentu

Uzupełnieniem tych kompetencji jest rozwijany przez PIAP Space sześcioosiowy czujnik siły i momentu, czyli European Force and Torque Sensor (eFTS), projektowany z myślą o złożonych misjach robotycznych, w tym przyszłych misjach księżycowych i marsjańskich. Precyzyjny pomiar sił działających na manipulator umożliwia:

• bezpieczną interakcję robota z otoczeniem,
• aktywną kontrolę kontaktu,
• ochronę wrażliwej aparatury naukowej.

Tego typu sensory są niezbędne wszędzie tam, gdzie każda operacja mechaniczna w próżni i ekstremalnych temperaturach niesie ryzyko nieodwracalnych uszkodzeń.

Mobilne systemy eksploracyjne

Obecnie PIAP Space rozwija kompetencje w obszarze mobilnych systemów eksploracyjnych, angażując się w projekty GALEON (w programie Ground Based Autonomous Rover Demonstrator for Exploration Phase 1) i DISTANT (Distal Steering and Traction Actuation for Noxious Temperatures), które odpowiadają na jedno z kluczowych wyzwań długoterminowej obecności na Księżycu: niezawodny transport w ekstremalnym środowisku.

1. GALEON jest realizowany w ramach prac badawczo-rozwojowych nad technologiami mobilnymi i demonstracją autonomicznych platform. Projekt realizowany jest w szerokim, międzynarodowym konsorcjum obejmującym przemysł i ośrodki badawcze, co ma na celu zwiększenie liczby dostępnych, europejskich bloków technologicznych dla przyszłych misji. W obecnie realizowanej pierwszej fazie prac definiowana jest architektura platformy demonstracyjnej, wybierani są kluczowi dostawcy technologii oraz opracowywane scenariusze testów i demonstracji. W tym kontekście PIAP Space odpowiada za:
   • kluczowe obszary związane z poruszaniem się konstrukcji,
   • mechatronikę,
   • integrację systemu jezdnego,
   • jego zabudowę oraz interfejsy, kładąc fundamenty pod przyszłą implementację i testy pełnego systemu w kolejnej fazie projektu.
2. Uzupełnieniem tych prac jest projekt DISTANT, który w znacznie większym stopniu koncentruje się na weryfikacji technologii w warunkach zbliżonych do rzeczywistych warunków księżycowych. Projekt obejmuje
   • rozwój systemów kluczowych dla funkcjonowania łazików, w tym transmisji zdalnej, zawieszenia oraz układu kierowniczego,
   • szeroko zakrojone kampanie testowe i analizy mechaniczne oraz termiczne.

PIAP Space pełni w nim rolę lidera w obszarach związanych z analizami mechanicznymi i uszczelnieniami przeciwpyłowymi, które są krytyczne w środowisku silnie zapylonego regolitu księżycowego, jak również w realizacji kampanii testowych i opracowaniu wniosków typu „lessons learned” oraz ścieżki dojścia technologii do etapu lotnego („path-to-flight”). Równolegle spółka uczestniczy w pracach nad przeglądem stanu techniki, planowaniem testów, projektowaniem stanowisk GSE (Ground Support Equipment, czyli naziemne wyposażenie wspierające) oraz analizą wyników testów. Dzięki temu DISTANT stanowi pomost pomiędzy koncepcją a realnym wdrożeniem, dostarczając danych i doświadczeń niezbędnych do kwalifikacji europejskich technologii mobilnych do przyszłych misji eksploracji Księżyca.

Świat wraca na Księżyc

Wszystkie te działania wpisują się w szerszy trend: Świat wraca na Księżyc, z jasno określonym celem budowy trwałej obecności. W kolejnych latach można spodziewać się dalszego rozwoju technologii robotycznych, ich stopniowego przechodzenia z etapu demonstratorów do rozwiązań kwalifikowanych do lotu oraz coraz większego udziału europejskich (a w tym polskich) firm w globalnym łańcuchu dostaw. Program Artemis niewątpliwie będzie katalizatorem tych zmian, a technologie rozwijane przez PIAP Space pokazują, że Polska może mieć realny wkład w przyszłość eksploracji Księżyca.

Źródło: informacje prasowe