Droga w kosmos najeżona wyzwaniami, czyli projekt HEDGEHOG

0

Projekt HEDGEHOG to eksperyment studentów Politechniki Gdańskiej, który poleci w kosmos w ramach programu badań naukowych REXUS organizowanego przez Niemcy, Szwecję i Europejską Agencję Kosmiczną. REXUS oznacza dokładnie Rocket Experiments for University Students. Jest jeszcze wersja balonowa pod nazwą BEXUS – Balloon Experiments for University Students. Program umożliwia studentom z całej Europy przeprowadzenie naukowych i technologicznych eksperymentów przy użyciu rakiet sondażowych i balonów.

Rok temu w ramach programu REXUS poleciał w kosmos polski projekt DREAM, czyli opisywany na łamach WNMS eksperyment wiercenia w kosmosie. W obecnej kampanii REXUS oprócz projektu HEDGEHOG poleci także eksperyment TRACZ z Wrocławia oraz balonowy projekt LUSTRO z Warszawy. A więc dzieje się! Polscy studenci zwiększają swoją obecność w kosmosie. Będąc studentem w Polsce można wysłać swój eksperyment w kosmos! To jest doprawy niesamowite.

W ramach nowego cyklu wywiadów Kosmiczne Zespoły, rozmawiam z Agnieszką Elwertowską, kontrolerem projektu HEDGEHOG (angielski akronim oznacza po polsku jeża, więc w tekście nazwa angielska i polska będą pojawiały się zamiennie).

Radek Grabarek: Na czym dokładnie polega eksperyment HEDGEHOG?

Agnieszka Elwertowska: Eksperyment zbada warunki, z którymi musi zmierzyć się ładunek w trakcie lotu rakietą w przestrzeń kosmiczną. Pierwsza część eksperymentu mierzy wibracje za pomocą 10 beleczek o odpowiedniej częstotliwości drgań własnych, druga zbiera informacje na temat przepływu ciepła do wnętrza rakiety. Przy okazji mierzona jest też jakość mikrograwitacji w trakcie apogeum lotu rakiety – czyli najwyższego punktu jej lotu.

Model eksperymentu HEDGEHOG stworzony za pomocą drukarki 3D

Wasz eksperyment leci rakietą programu REXUS, startowała ona już wiele razy, więc muszą być już znane wibracje działające na rakietę i ładunki przez nią wynoszone. Po co więc je jeszcze dodatkowo mierzyć?

Okazuje się, że nie wszystkie informacje o rakiecie są znane. Wiemy oczywiście jakie jest
maksymalne przyspieszenie i że występują drgania. Nie wiadomo jednak jakie jest widmo
tych drgań, nikt nie mierzył tego z takimi częstotliwościami jak my planujemy. Poza tym nie interesuje nas tylko jak drga sama rakieta, ale jak te drgania przenoszą się na ładunek. Są one o tyle niebezpieczne, że mogą spowodować wiele problemów podczas lotu wliczając w to jej uszkodzenie. Stąd potrzeba dokładniejszych pomiarów.

Kto wymyślił nazwę HEDGEHOG? Czy łatwo wymyślić taki skrót, który by coś znaczył i układał się w słowo?

Ja ją wymyśliłam. Nazwa HEDGEHOG nie tylko odzwierciedla wygląd eksperymentu, ale też jego funkcję. Po rozwinięciu jest to High-quality Experiment Dedicated to microGravity Exploration, Heat flow and Oscillation measurement from Gdańsk. Niestety wymyślenie tego rozwinięcia nie było już takie proste. Trzeba było spędzić trochę czasu ze słownikiem, żeby do każdej literki akronimu dopasować odpowiedni wyraz. Na szczęście nie zakazano nam dodać kilku dodatkowych spójników oraz słów, co ułatwiło stworzenie oficjalnej nazwy.

Logo projektu HEDGEHOG

Dlaczego z nieskończonej ilości problemów jaki można zbadać, wybraliście właśnie ten?

Eksperyment wibracyjny jest częścią rozprawy doktorskiej lidera naszego zespołu Adama Dąbrowskiego. Katedra Mechaniki i Mechatroniki na Politechnice Gdańskiej, w której pracuje, od wielu lat zajmuje się analizą drgań. Wraz z otwarciem nowego, międzyuczelnianego kierunku Technologie Kosmiczne i Satelitarne, ówczesny kierownik Katedry, prof. dr hab. inż. Edmund Wittbrodt postanowił, że warto również zaangażować się naukowo w inżynierię kosmiczną. Po kilku miesiącach przemyśleń i dyskusji – również z partnerami przemysłowymi, udało się sformułować pomysł, który jest sensowny, wykonalny oraz osiągalny, a także ściśle związany z dotychczasowymi pracami Katedry. Podczas wstępnych analiz eksperymentu badającego wibracje pojawiło się dużo wątpliwości dotyczących warunków termicznych w rakiecie. O ile całkiem łatwo można pozyskać pomiary temperatur punktowych z poprzednich lotów, o tyle bardzo trudne jest wyznaczenie na ich podstawie jaki będzie szczegółowy rozkład temperatury w przyszłej misji. Postanowiliśmy więc dodać do eksperymentu wibracyjnego drugi układ pomiarowy, który zmierzy gęstość strumienia ciepła na płaszczu rakiety. Po konsultacjach ze specjalistami w zakresie termodynamiki na Politechnice Gdańskiej, okazało się, że podejście jest na tyle nowatorskie iż został złożony wniosek o ochronę patentową tego rozwiązania.

“Gęstość strumienia ciepła na płaszczu rakiety”? Chodzi o to, aby zbadać jak z perspektywy ładunku rakieta się nagrzewa lub ochładza podczas lotu w kosmos?

W dużym uproszczeniu tak. Tłumacząc bardziej szczegółowo chodzi o to żeby zbadać jak
duża energia cieplna za pośrednictwem płaszcza rakiety jest dostarczana bezpośrednio do
jej wnętrza, a co za tym idzie – na jaką jej wartość muszą być przygotowane komponenty
oraz eksperymenty w jej wnętrzu. Jest to o tyle ważne, że dzięki temu możemy dokładniej
określić właściwości materiałów potrzebnych do izolacji, a więc zmniejszyć koszty wysyłania
eksperymentów w kosmos.

Jakie potencjalne komercyjne zastosowania mogłyby wyniknąć z eksperymentu HEDGEHOG?

Aktualnie Polska rozwija przemysł kosmiczny, podążając tym tropem można dojść do
wniosku, że układ pomiarowy jakim jest HEDGEHOG może przynieść duże zyski.
Patrząc na działania firmy SpaceForest z Gdyni – konstruktora rakiety Bigos, Candle i w
przyszłości SIR-a (Suborbital Inexpensive Rocket) oraz Instytutu Lotnictwa z Warszawy – konstruktora rakiety Bursztyn. JEŻ będzie miał co mierzyć. Inżynierowie zajmą się konstrukcją rakiet, a bardzo dokładne systemy pomiarowe zostaną im dostarczone pod postacią modułu JEŻa.

Jaką drogę przeszliście od pomysłu do wygrania biletu na lot w kosmos i co jeszcze was czeka, aby zrealizować ten projekt?

Po uszczegółowieniu pomysłu i zebraniu odpowiedniego zespołu przystąpiliśmy do wypełniania zgłoszenia. Następnie zostaliśmy zaproszeni na Selection Workshop do siedziby Europejskiej Agencji Kosmicznej ESTEC w Noordwijk w Holandii, gdzie zaprezentowaliśmy nasz pomysł ekspertom z różnych dziedzin nauki. Dodatkowo, jak w każdym projekcie we współpracy z ESA, poza samym rozwiązaniem, należy dostarczyć bardzo szczegółową dokumentację. Jest to standard w przemyśle kosmicznym, gdzie przeważnie nie ma możliwości powtórzenia jakiegoś eksperymentu (ponowny lot rakietą) albo naprawy jakiegoś podzespołu (w kosmosie). Dlatego jest to takie ważne żeby wszystko było dobrze opisane, co zwiększa szansę na znalezienie wszystkich błędów.

Czego najbardziej Wam teraz potrzeba aby zrealizować projekt? Pieniędzy i sponsorów czy jakichś materiałów lub technologii?

W tym momencie poszukujemy głównie sponsorów. Nasz eksperyment nie jest na tyle skomplikowany, aby przy jego budowie wykorzystywać nowoczesne materiały lub technologie. Natomiast pieniądze są potrzebne na wykonanie części mechanicznej oraz elektronicznej. Ostatecznie muszą powstać aż trzy wersje eksperymentu, a to sporo będzie kosztować. W dodatku jeszcze kilka razy odwiedzimy oddziały ESA w trakcie trwania programu, na co też w jakiejś części musimy mieć zebrane fundusze.

Czy możecie powiedzieć ile będą kosztowały te trzy wersje eksperymentu i dlaczego potrzeba ich aż tyle?

Na tym etapie aż do końca kampanii (marzec 2019 roku) będzie nam potrzebna kwota
wynosząca około 132 tysięcy złotych. Aktualnie prowadzone są prace nad obniżeniem
kosztów. Dokonywane jest wiele testów z użyciem czujników pomiarowych, aktualny rynek
czujników jest ogromny i nie zawsze czujnik najdroższy jest najlepszym możliwym wyborem.

Przechodząc do następnego pytania, trzy wersje oznaczają:

  • wersję prototypową służącą do przeprowadzenia stosownych działań w celu
    implementacji czyli złożenia części składowych eksperymentu w jeden współgrający
    ze sobą element;
  • wersję testową, która będzie przeznaczona do przeprowadzenia szczegółowych pomiarów laboratoryjnych zachowania eksperymentu w przybliżonych warunkach kosmicznych;
  • wersję lotną, czyli tak naprawdę kopię idealną wersji testowej na której zostaną przeprowadzone tylko testy podstawowe, aby nie uszkodzić jej w żaden sposób do czasu planowanego startu.

Zaprojektowaliście taki eksperyment. Kto teraz fizycznie wykona wszystkie potrzebne elementy? Sami to zrobicie czy zlecicie to firmom trzecim?

Projekty części mechanicznej oraz elektronicznej zostaną zamodelowane i zoptymalizowane komputerowo. Wykonanie części mechanicznej z odpowiednimi dokładnościami, w szczególności pasowaniami i chropowatościami, zostanie zlecone profesjonalnemu warsztatowi. Wykonanie płytek elektronicznych lecących w kosmos przekażemy także zewnętrznej firmie. W inżynierii kosmicznej nie można sobie pozwolić na uchybienia, można planować i projektować ale wykonanie najlepiej zautomatyzować i oprzeć na bardzo dobrze znanych procesach technologicznych. Jest to możliwe tylko dzięki dobrze wyposażonym firmom trzecim. Co nie zmienia faktu, że większość elementów prototypowych zostanie wykonana przez nas.

Załóżmy, że czyta nas student, który chciałby wysłać własny eksperyment w kosmos. Co musi zrobić, aby pójść w wasze ślady?

Przede wszystkim musi być dobry w swojej dziedzinie i nie powinien bać się wyzwań. Jeżeli zbierze interdyscyplinarny zespół, który jest w stanie zabezpieczyć wszystkie etapy i określić wszystkie aspekty projektu to może on składać wniosek do Europejskiej Agencji Kosmicznej na stronie www.esa.int/education. Cały proces rekrutacji będzie tam bardzo prosto opisany krok po kroku. Musi jednak szczegółowo rozważyć swoje potrzeby, wymagania i możliwości oraz opisać eksperyment w największej szczegółowości jaką zdoła osiągnąć.
Warto zwrócić także uwagę, że oferowane są tam różne programy, między innymi:

  • REXUS dla eksperymentów rakietowych,
  • BEXUS dla eksperymentów balonowych,
  • Drop Your Thesis jeśli eksperyment wymaga do 9 sekund mikrograwitacji i jest autonomiczny,
  • Fly Your Thesis jeśli chcielibyśmy razem z eksperymentem znaleźć się w warunkach mikrograwitacji,
  • Fly Your Satellite dla twórców małych satelitów i inne.

Jak wy sformowaliście taki zespół? Zaczęło się od jednej osoby, która przyciągnęła pozostałe?

Formowanie zespołu zaczęło się od mgr inż. Adama Dąbrowskiego, doktoranta Wydziału
Mechanicznego Politechniki Gdańskiej, który realizuje na uczelni pierwszy doktorat z
dziedziny technologii kosmicznych. Na tym polu dość trudno o dane, bo albo są własnością
firm, albo są utajnione przez agencje kosmiczne. Po rozmowach z wieloma naukowcami i
inżynierami z przemysłu okazało się, że w zasadzie koniecznością jest samodzielne
zdobycie danych podczas własnej misji. Oczywiście, nie wystarczy jeden mechanik żeby
zaprojektować cały eksperyment, więc wciągnął on do projektu znajomych, doświadczonych w projektach kosmicznych studentów oraz zamieścił ogłoszenie aby przyciągnąć nowych entuzjastów technologii kosmicznych. Ta mieszanka okazała się posiadać wszystkie wymagane kompetencje.

Od lewej: Jacek Goczkowski, Agnieszka Elwertowska, Karol Pelzner, Adam Dąbrowski, Szymon Krawczuk.
Na zdjęciu znajduje się też Paxi – maskotka ESA Education.

Jakich ludzi potrzeba do stworzenia i przeprowadzenia takiego eksperymentu? Kto jest częścią zespołu HEDGEHOG i czym się zajmuje?

Zespół składa się z pięciorga studentów Politechniki Gdańskiej. Nie jesteśmy grupą specjalistów, ale każdy z nas ma mniejsze bądź większe doświadczenie z danej dziedziny. Pomysłodawcą naszego eksperymentu oraz mechanikiem w drużynie jest mgr inż. Adam Dąbrowski, doktorant Wydziału Mechanicznego. Grupa składa się także ze studentów Wydziału Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki. Elektroniką oraz sensoryką zajmuje się Karol Pelzner – inż. Automatyki i Robotyki. Programistą i wsparciem dla Karola jest Jacek Goczkowski – inż. Automatyki i Robotyki, aktualnie student drugiego stopnia Technologii Kosmicznych i Satelitarnych. Za sprawy organizacyjne jak i organizacyjno-techniczne odpowiedzialna jest Agnieszka Elwertowska – aktualnie studentka pierwszego stopnia Automatyki i Robotyki. Szymon Krawczuk – student pierwszego stopnia Inżynierii Biomedycznej, wziął na siebie nadzorowanie i planowanie testów, inżynierię zaopatrzenia i produkcji oraz finanse. Razem z Agnieszką zajmują się również outreachem oraz poszukiwaniem sponsorów. Podział ten jest jednak bardzo elastyczny, każdy angażuje się we wszystkie sprawy po to by eksperyment zakończył się sukcesem.

Dzięki wielkie za odpowiedzi!

Jeśli masz jakieś pytania do zespołu JEŻa to zadaj je w komentarzach. Nie jest łatwo wysłać coś w kosmos, ale jak widać – można!