Polacy w finale konkursu na ciężki marsjański lądownik

0

Studencki zespół z Politechniki Wrocławskiej znalazł się wśród finalistów konkursu Red Eagle organizowanego przez Mars Society. Skoro NASA wycofuje się rakiem z jakichkolwiek poważnych planów zmierzających do wysłania ciężkich ładunków a w końcu i ludzi na Marsa to… Ludzie muszą wziąć sprawy w swoje ręce. Tak też zrobiło Mars Society, organizacja, która od wielu lat na całym świecie promuje idee lotu na Marsa i poszerzania wiedzy o Czerwonej Planecie.

Zespół z Politechniki Wrocławskiej stworzył Projekt Eagle – ich wizję ciężkiego lądownika marsjańskiego. Projekt był na tyle dobry, że znalazł się w ścisłym finale tylko pięciu drużyn z całego świata. Wrocławscy studenci prowadzą teraz kampanię zbierania pieniędzy na wyjazd do Pasadeny w Kalifornii, gdzie odbędzie się finał konkursu, podczas 21 dorocznej konferencji Mars Society.

Aby dowiedzieć się czegoś więcej o samym projekcie jak i o studentach go realizujących, zadałem kilka pytań Justynie Pelc – liderce Projektu Eagle. Jeśli chciałbyś wspomóc studentów realizujących swoje i nasze marzenia o poważnej eksploracji Marsa, to tutaj znajduje się link do kampanii Projektu Eagle na Odpal Projekt.

Jednocześnie na We Need More Space debiutuje nowy cykl wywiadów pod tytułem Kosmiczne Zespoły. Kosmiczne projekty to nigdy nie był sport indywidualny. Choć czasami ciekawie jest pokazać tylko jedną osobę, to jak widać w tym wywiadzie, aby odnieść sukces, potrzeba interdyscyplinarnej drużyny.

Radek Grabarek: Na czym polega konkurs Red Eagle? Jakie wyzwania stawia on przed uczestnikami?

Justyna Pelc: Konkurs Red Eagle polega na zaprojektowaniu lądownika marsjańskiego, który jest w stanie dostarczyć na Marsa 10-tonowy ładunek i jest możliwy do wykonania do 2026 r. I to właśnie ta data wprowadza większość ograniczeń i problemów.

Po pierwsze – jeśli nasz projekt ma za 8 lat zostać wysłany na Marsa, to tak naprawdę możemy korzystać tylko z technologii, które już istnieją i są przetestowane lub w ostateczności tych, które są już w zaawansowanej fazie rozwoju i mamy pewność, że do momentu, w którym będą nam potrzebne, będą gotowe.

Wizualizacja lądownika Eagle na powierzchni Marsa

Po drugie – rakieta, która wyniesie nasz lądownik. Musieliśmy przy projektowaniu wziąć pod uwagę maksymalne wymiary i wagę, jakie może mieć nasz lądownik, aby była możliwość wyniesienia go. Wybraliśmy tworzoną właśnie przez NASA rakietę SLS (Space Launch System). Te dwa warunki sprawiły, że mimo dodatkowych punktów za powrót, zrezygnowaliśmy z opcji lądownika, który doleci na Marsa i wróci. Przy takich ograniczeniach masowych wymagałoby posiadania na Marsie infrastruktury, która pozwala na wytworzenie paliwa na miejscu, a do 2026 r. jest to mało prawdopodobne. Nie projektowaliśmy też lądownika przystosowanego do transportu załogi, ale z drugiej strony – nie wykluczyliśmy tego. Zaprojektowaliśmy lądownik, w którym ładownia może zostać zastąpiona modułem podtrzymywania życia. Dzięki temu może zostać użyty, po drobnych modyfikacjach, również w misjach załogowych.

Na czym polega wasze rozwiązanie i dlaczego jest takie świetne?

Zasadniczo “świetność” wynika stąd, że projekt lądownika opiera się na technologiach już badanych/przetestowanych i to co zaproponowaliśmy jest możliwe do zbudowania w ciągu 8 lat. To znaczy, że nie jest to tylko pomysł kilku pasjonatów, ale możliwa do zbudowania w stosunkowo krótkim czasie konstrukcja.

Przekrój wypełnionych gazem pierścieni, które umożliwiają hamowanie aerodynamiczne, czyli wytracenie prędkości dzięki oporom powietrza.

Podstawa projektu to koncepcja hamowania niesprzyjającej temu atmosferze, jaką jest atmosfera Marsa. Polega ona na połączeniu dwóch elementów:

  1. HIAD (Hypersonic Inflatable Aerodynamic Decelerator) jest to koncepcja dmuchanej powłoki obłożonej specjalnymi materiałami, ma ona za zadanie wytrzymać wysokie temperatury, które wystąpią podczas hamownia aerodynamicznego w marsjańskiej atmosferze oraz zapewnić ochronę ładunku przed wysokimi temperaturami, które również podczas tego hamowania wystąpią. Nie jest to nasz autorski pomysł, ale przejrzeliśmy wszystkie dostępne informacje na temat tego rozwiązania i zaproponowaliśmy nieco zmodyfikowaną konstrukcję o średnicy 20 metrów. Według naszych obliczeń będzie w stanie wyhamować nasz lądownik do prędkości supersonicznych (ok. Ma 2.5).
  2. Drugi system stanowią silniki rakietowe, które będą miały za zadanie wyhamować pojazd z prędkości naddźwiękowych i bezpiecznie posadzą lądownik na powierzchni Marsa. Koncepcja silników rakietowych została zaprojektowana przez nas na potrzeby naszego pojazdu i wykorzystuje jako mieszankę paliwową ciekły metan oraz ciekły tlenu. Na wybór takiej mieszanki paliwowej miał wpływ fakt, że zarówno ciekły metan, jak i ciekły tlen mogą być pozyskiwane z marsjańskiej atmosfery, co daje możliwość ich ponownego użycia.

Kto jest w drużynie Eagle i czym się zajmuje?

Liderem projektu jest Justyna Pelc, a jej prawą ręką Ania Wójcik, czyli lider techniczny. Nasz zespół można podzielić na trzy główne działy, choć w trakcie pracy wcale nie w takich konfiguracjach pracowaliśmy. Pierwszy, najliczniejszy dział, to konstruktorzy:

  • Krzysztof Basiak, odpowiedzialny za moduł do deceleracji
  • Artur Bauer – jak wyżej
  • Bartosz Drozd – specjalista od silników
  • Grzegorz Bielawski – odpowiedzialny za strukturę mechaniczną i obliczenia wytrzymałościowe
  • Adam Krzykała – nogi i system lądowania
  • Mateusz Antoniszyn – ładownia i system rozładowania ładunku
  • Kacper Fąfrowicz – obliczenia, symulacje, złożenia

Nasz dział odpowiedzialny za system sterowania lądownikiem, czyli Michał Wieczorek i Kacper Aniołek. Trzeci dział to naukowcy, czyli dwóch fizyków – Jakub Nalewaj i Paweł Górniak, Joanna Kuźma jako biolog i Magdalena Kubajewska jako konstruktor, odpowiedzialne za moduł do podtrzymywania życia oraz Karolina Haracz i Beata Cieślikowska jako specjalistki od inżynierii materiałowej.

Ile trwały prace i przygotowanie aplikacji na konkurs?

Prace nad projektem zaczęły się już w październiku 2017 roku. Opiekę nad nim wzięły dwie osoby ze “starej ekipy” Scorpio – Justyna Pelc jako lider projektu i Ania Wójcik jako lider techniczny projektu. Zespół łazikowy był za mały na taki projekt i zajęty budową Scorpio, dlatego powzięłyśmy szaloną decyzję zbudowania zespołu od zera, z samych nowych osób. W październiku ruszyła rekrutacja, do projektu dołączyło prawie 30 osób. Jak to często bywa, wiele osób odpadło już na początku i do samego końca – do momentu wysłania raportu, została grupka kilkunastu osób.

Prace nad projektem trwały do końca marca 2018. Czas na zadanie konkursowe (czyli pół roku), w porównaniu do poziomu trudności, był bardzo krótki. Spotykaliśmy się aż dwa razy w tygodniu, a w kluczowych momentach nawet trzy. Każde zebranie trwało od 2 do 4 godzin (częściej bliżej czterech niż dwóch), a między nimi był ogromny udział pracy w domu każdego z nas. Praktycznie co zebranie, czyli co kilka dni, nasz projekt posuwał się do przodu. Na ten projekt poświęciliśmy ogromną ilość czasu – więcej niż na studia, czy pracę. Jednak ilość wiedzy, którą podczas tego projektu przyswoiliśmy, jest wręcz niesamowita.

Do grudnia pracowaliśmy w dwóch podgrupach – każda z nich analizowała jedną koncepcję, zupełnie różną od drugiej. To był czas, kiedy bardzo dużo czytaliśmy, szukaliśmy, pisaliśmy do innych osób po informację. Niektóre nasze pomysły z tamtego okresu były naprawdę szalone, patrząc na to z perspektywy czasu. Jednak nikt z nas nie miał zielonego pojęcia o lądownikach marsjańskich, więc musieliśmy zacząć od zera. W grudniu zdecydowaliśmy się na jedną z wypracowanych koncepcji, jednak taki stan nie trwał długo. Przez święta odrzuciliśmy ją całkowicie i zaczęliśmy pracować od nowa, nad inną. Ostateczna koncepcja lądownika wyszła dopiero pod koniec stycznia, a bardziej szczegółowa jej wersja – pod koniec lutego.

To nie jest też tak, że od października do marca opracowaliśmy jeden projekt – wręcz przeciwnie. Przez te pół roku powstało kilkanaście (!) projektów, każdy zaprojektowany, przeliczony, zasymulowany i ostatecznie – odrzucony. Nie było łatwo znaleźć takie rozwiązanie, które przy podanych ograniczeniach, zadziała.

Marzec to był już czas głównie na dopieszczenie naszego projektu i pisanie raportu. W tym też okresie musieliśmy zmierzyć się z naszym największym problemem. W konkursie bardzo dużo punktów można otrzymać za kosztorys i harmonogram misji. Sam projekt lądownika przy tym to był pikuś, głównie z powodu ograniczonych informacji. Bardzo wiele rzeczy musieliśmy szacować, na podstawie szczątkowych informacji z Internetu, doświadczenia, analogii i często – intuicji.

Przekrój wnętrza lądownika z wysuwaną ładownią, którą można zastąpić modułem podtrzymywania życia

Jaką wygląda taka aplikacja konkursowa – to sam tekst, czy są tam jeszcze jakieś obliczenia, fragmenty kodu, symulacje?

Raport polegał na stworzeniu koncepcji lądownika. Regulamin nie był zbyt obszerny i większość rzeczy nie była doprecyzowana. Jednak jako studenci uczelni technicznej postanowiliśmy nie tylko opracować pomysł, ale i posiłkując się inżynierskimi metodami – symulacjami w programach, obliczeniami – sprawdzić, czy to zadziała.

W raporcie zawarliśmy całą naszą pracę – nawet to, co nie było wskazane jako punktowane. Oczywiście, skróconą wersję, gdyż mieliśmy ograniczenie do 50 stron. Nie było łatwo się zmieścić. Dokumentacja tworzona przez cały rok na konkursy łazikowe (w ciągu roku wysyła się kilka raportów) ma kilkadziesiąt stron, a tutaj musieliśmy oprócz pokazania całego projektu udowodnić, że zadziała, wyliczyć koszt czy określić harmonogram, a sama konstrukcja waży 35 ton, a nie jak w przypadku łazików – 50 kg.

Zbieracie pieniądze na lot do USA na finał konkursu. Na czym polega taki finał, dlaczego musicie być tam osobiście?

Finał to 40-minutowa prezentacja przed jury, na które składają się przedstawiciele The Mars Society i NASA. Musimy przedstawić cały nasz projekt, toteż potrzebujemy przedstawicieli każdego działu. Zdajemy sobie sprawę, że cała ekipa nie poleci, ale ze względu na bardzo interdyscyplinarny i złożony charakter projektu, potrzebujemy przynajmniej kilku osób. O ile cała ekipa wie, na czym z grubsza polega cały projekt, to wiedzą to też sędziowie – w końcu otrzymali od nas raport. Spodziewamy się już bardziej szczegółowych pytań, a do tego potrzebujemy elektroników, konstruktorów, fizyków czy nawet biologa. W tym projekcie każdy miał swoją działkę i trudno zastąpić czyjąś wiedzę i jego udział w tym projekcie, choćbyśmy się nawet mocno starali.

Czy wiecie co wymyśliły inne drużyny, jakie inne rozwiązania zaproponowały?

Rozwiązania zgłoszone przez zespoły nie były ujawniane, stąd też nie wiemy, jak wyglądają propozycje innych drużyn.

Dzięki wielkie za odpowiedzi na pytania i powodzenia w Pasadenie!

Projekt Eagle to niezwykle ciekawe rozwiązanie, bo wykorzystuje dostępne już technologie, a jest projektem studenckim. W ten projekt można by się wygryzać i wgryzać, zadawać wiele pytań. Jeśli coś Ciebie szczególnie nurtuje od strony technicznej czy organizacyjnej – pisz śmiało, a członkowie zespołu odpowiedzą na Twoje pytania.

Jeśli Cię stać, a myślę, że stać każdego, nawet na przysłowiowe pare złotych, to link do kampanii Projektu Eagle na Odpal Projekt jest tutaj.