Test technologii wydobycia księżycowego regolitu w locie parabolicznym.

Naukowcy z CBK PAN, AGH, UWM oraz Spacive przeprowadzą kampanię testów kosmicznej koparki w prestiżowej kampanii 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. Testowany będzie nabierak księżycowej koparki.

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 cięcia regolitu ostrzem,

- bęben obrotowy do analizy kąta zsypu,

- symulanty regolitu AGK-2010 i JSC-1A,

- szczelna obudowa zabezpieczająca sprzęt i załogę przed pyłem.

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.

Projekt realizowany jest 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 cięcie ostrzem w przezroczystej skrzyni 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 obciążony 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.

Na zdjęciu zespół biorący udział w eksperymencie. Instytut Geodezji i Budownictwa reprezentowali doktoranci z Katedry Geodezji: mgr inż. Mateusz Czyrzniak i mgr inż. Tomasz Kozakiewicz.