Polska koparka księżycowa po próbach. Zrobili jej warunki jak na Srebrnym Globie
PETER, DIGGER i RCE – tak nazywają się elementy polskiego systemu do badania regolitu. Testy w mikrograwitacji potwierdziły działanie najważniejszych modułów.
Polski prototyp kosmicznej koparki, która ma w przyszłości wydobywać księżycowy regolit, ma za sobą pierwszą poważną próbę w terenie. Zespół CBK PAN i partnerów sprawdził w warunkach mikrograwitacji, jak urządzenie zachowuje się w symulowanym księżycowym pyle podczas lotów parabolicznych Europejskiej Agencji Kosmicznej. To kolejny krok do tego, by przy przyszłych bazach na Księżycu powstały lokalne kopalnie surowców.
Polacy testują koparkę w sztucznej księżycowej grawitacji
Projekt, którego centrum jest specjalistyczne urządzenie do wybierania regolitu z powierzchni Księżyca, realizuje konsorcjum złożone z kilku polskich ośrodków naukowych i firmy z sektora kosmicznego. W skład zespołu wchodzą Centrum Badań Kosmicznych PAN, Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie oraz spółka Spacive. Badania przeprowadzono w trakcie 88. kampanii lotów parabolicznych ESA, podczas których samolot wykonuje charakterystyczne łuki na trajektorii, a na pokładzie panuje przez kilkadziesiąt sek. warunkowa nieważkość lub obniżona grawitacja.
Takie loty to w praktyce jedyny sposób, by jeszcze na Ziemi sprawdzić, jak grunt i sprzęt będą reagować w przybliżonej grawitacji księżycowej. Na Księżycu przyciąganie jest około 6 razy słabsze, niż na Ziemi, co mocno zmienia zachowanie materiału sypkiego: inaczej się osypuje, inaczej się klinują grudki, inna jest też siła potrzebna do odkrawania warstw pyłu.
Dodatkowo dochodzą ograniczenia masy i mocy urządzeń oraz ekstremalne warunki termiczne i próżnia. Właśnie dlatego testy w locie parabolicznym traktowane są jako ważny etap pośredni przed prawdziwą misją.
Rotary Clamshell Excavator – serce projektu DIGGER
Trzonem polskiego systemu jest urządzenie o nazwie Rotary Clamshell Excavator (RCE). To mechaniczny próbnik, którego zadaniem jest wycinanie i pobieranie fragmentów regolitu, czyli wierzchniej, pylastej warstwy księżycowej skały, będącej mieszanką drobnych ziaren powstałych z rozbicia skał pod wpływem uderzeń mikrometeoroidów. W tym pyle znajdziemy tlen związany w minerałach, krzem, żelazo, wapń, tytan, glin czy magnez. Są to pierwiastki, które w przyszłości mogą zasilić produkcję materiałów budowlanych, paliw i tlenu dla astronautów.
Zespół podkreśla, że RCE osiągnął poziom gotowości technologicznej TRL 6. W praktyce oznacza to, że przestał być wyłącznie koncepcją z laboratorium. Mamy więc tu do czynienia z działającym prototypem, który przeszedł już testy środowiskowe – m.in. sprawdzające odporność na drgania startowe, pył czy ekstremalne temperatury. Do tej pory wciąż jednak brakowało weryfikacji w warunkach zbliżonych do rzeczywistej grawitacji księżycowej, dlatego zdecydowano się na udział w kampanii ESA, by sprawdzić, jak sprzęt radzi sobie w mikrograwitacji.
PETER – miniaturowy poligon dla księżycowego pyłu
Aby w pełni wykorzystać krótkie okna mikrograwitacji w locie parabolicznym, polski zespół opracował specjalny zestaw eksperymentalny PETER (Planetary Excavation Technology vERification system). To coś w rodzaju małego poligonu badawczego, zamkniętego w szczelnej obudowie, która chroni zarówno sprzęt, jak i załogę samolotu przed wszechobecnym pyłem.
W skład PETER-a wchodzą: sam moduł RCE, komora, w której ostrze przecina warstwę symulowanego regolitu, obrotowy bęben do badania kąta usypu, czyli naturalnego nachylenia, pod jakim materiał sypki przestaje się osuwać, oraz zestaw symulantów regolitu o różnych właściwościach. Dzięki temu naukowcy mogą porównać, jak zachowuje się księżycowy piach o odmiennej granulacji czy spoistości, oraz jak wpłynie to na skuteczność koparki.
Projekt PETER-PFC skupia się na kilku ważnych pytaniach: od wyznaczenia podstawowych parametrów geotechnicznych regolitu, przez ocenę wydajności samego RCE, po analizę różnic między wynikami uzyskanymi w grawitacji ziemskiej i w warunkach księżycowych. To nie tylko walidacja pojedynczego urządzenia, ale też budowanie bazy danych, bez której trudno będzie zaplanować duże operacje wydobywcze na Srebrnym Globie.
ISRU, Artemis i Terrae Novae. Po co nam ta koparka?
Badania wpisują się w szerszą koncepcję In Situ Resource Utilisation (ISRU), czyli wykorzystania lokalnych zasobów tam, gdzie odbywa się misja kosmiczna. Chodzi o to, by zamiast wozić wszystko z Ziemi – od materiałów konstrukcyjnych po paliwo – jak najwięcej pozyskiwać na miejscu. W przypadku Księżyca tym zasobem jest właśnie regolit, który można przerabiać na materiały budowlane, składniki paliw rakietowych czy źródło tlenu.
Nad rozwiązaniami ISRU pracują obecnie największe agencje kosmiczne świata. NASA rozwija je w ramach programu Artemis, którego celem jest powrót ludzi na Księżyc i budowa stałej infrastruktury, a ESA realizuje podobne ambicje w inicjatywie Terrae Novae. Polski projekt DIGGER wpisuje się w ten trend: pokazuje, że krajowe ośrodki potrafią projektować nie tylko instrumenty naukowe, ale także sprzęt stricte górniczy, potrzebny do utrzymania przyszłych baz księżycowych.
Dla polskiej nauki i przemysłu oznacza to możliwość wejścia w łańcuch dostaw technologii, które za kilka lat mogą być standardem w misjach międzynarodowych. Jeśli prototyp koparki sprawdzi się w kolejnych etapach testów, ma szansę stać się jednym z elementów realnych operacji wykorzystania regolitu w ramach misji załogowych.
Kampania „wypadła znakomicie”. Dane trafią do otwartej nauki
Podsumowując kampanię lotów parabolicznych, kierujący projektem badacze podkreślają, że udało się zrealizować wszystkie najważniejsze cele. Podczas epizodów mikrograwitacji koparka RCE pracowała w symulancie regolitu, prowadzono pomiary parametrów geotechnicznych – w tym kąta usypu i właściwości wytrzymałościowych materiału – a także szkolono operatorów obsługujących sprzęt w dynamicznych warunkach lotu. To cenne doświadczenie zarówno od strony inżynierskiej, jak i operacyjnej oraz organizacyjnej, które zaprocentuje przy kolejnych kampaniach.
Przeczytaj także:
Wysoko oceniono też samo przygotowanie zestawu testowego – kluczowe funkcje, od procesu kopania po resetowanie właściwości symulantu między kolejnymi próbami, zadziałały zgodnie z planem. Zebrane dane w najbliższych miesiącach trafią do szczegółowej analizy, a następnie zostaną udostępnione w formule otwartej nauki. To dobra wiadomość nie tylko dla polskich zespołów, ale i dla międzynarodowej społeczności, która pracuje nad tym, by Księżyc przestał być jedynie celem flagowych misji, a stał się miejscem realnej, opartej na lokalnych zasobach działalności.
*Grafika wprowadzająca wygenerowana przez AI
