Czy marzyłeś kiedyś, aby wysłać coś w kosmos? Jest to bardzo, ale to bardzo trudne, ale… Możliwe. Nawet tutaj w Polsce. Dowodzi tego historia powstania satelity PW-Sat2, którego zaprojektowali i zbudowali studenci Politechniki Warszawskiej. Poleci on w kosmos na pokładzie rakiety Falcon 9 firmy SpaceX – więcej o tym starcie przeczytasz tutaj. I właśnie na oglądanie tego startu i spełnienie kolejnego ze swoich kosmicznych marzeń nasi studenci zbierają jeszcze pieniądze – jeśli możesz dołącz do zrzutki.
Artykuł z historią PW-Sat2 powstał w ramach cyklu Kosmiczne Zespoły, w którym to przeprowadzam wywiady z ludźmi, którzy realizują kosmiczne projekty. Nie skupiam się w nich na jednej osobie, choć tak jest może łatwiej i wygodniej, ale staram się wyciągnąć na powierzchnię cały zespół. Nie da się bowiem nic zrobić w kosmosie w pojedynkę, musimy i potrzebujemy działać razem. Historia PW-Sat2 pokazuje to doskonale. W projekt było zaangażowanych w sumie aż 100 osób, a główny zespół stanowi 25 osób.
Na czym polega misja PW-Sat2?
Radek Grabarek: Jakiego rodzaju satelitą jest PW-Sat2 i na czym polega jego misja?
Dominik Roszkowski (wicekoordynator projektu): PW-Sat2 jest satelitą zbudowanym w standardzie CubeSat, czyli formacie spopularyzowanym przede wszystkim przez studenckie misje. Ważący 2,48 kg PW-Sat2 zajmuje dwie jednostki (2U), z których jedną czwartą zajmuje nasz najważniejszy eksperyment, czyli żagiel deorbitacyjny znajdujący się w zasobniku. Naszą główną misją jest właśnie przetestowanie skuteczności działania zaprojektowanego przez nas żagla deorbitacyjnego na orbicie. Wyjątkowy mechanizm zostanie zwolniony po przepaleniu linki Dyneema (czyli bardzo wytrzymałego włókna, które jednak jest podatne na przepalenie za pomocą rozgrzanych rezystorów) i spowoduje otwarcie kwadratowego żagla o boku 2 m. Rozłożenie struktury spowoduje znaczące zwiększenie oporu aerodynamicznego, a tym samym przyspieszenie deorbitacji satelity. Satelita po otwarciu żagla powinien spłonąć w górnych partiach atmosfery w przeciągu kilkunastu miesięcy. Bez żagla pozostałby na orbicie ponad 20 lat.
Dlaczego wybraliście właśnie ten problem?
Dominik Roszkowski: Po projekcie pierwszego polskiego satelity PW-Sat (testował on deorbitację za pomocą rozkładanego „ogona”), który w 2012 roku znalazł się na orbicie, walka ze śmieciami kosmicznymi stała się w pewnym sensie specjalnością Studenckiego Koła Astronautycznego (SKA). Stąd dość szybko zdecydowaliśmy się kontynuować rozwój w tej dziedzinie.
Problem ten w ostatnich latach zyskuje coraz większy rozgłos. Na orbicie pozostaje ok 3 tysięcy satelitów (około 1900 działających) i całe mnóstwo mniejszych obiektów, które są zwykle zupełnie niekontrolowane. Nie jesteśmy w stanie nic z nimi zrobić, ale możemy powstrzymać zwiększanie się tych liczb.
Największą z zalet naszego rozwiązania jest relatywnie nieskomplikowana konstrukcja przy zachowaniu dużej skuteczności
Istnieją odpowiednie zalecenia, by satelity po zakończeniu swojej misji opuszczały orbitę w przeciągu 25 lat, jednak nie zawsze jest to respektowane – zejście z wielu orbit wymaga użycia silników lub innych mechanizmów deorbitacyjnych, a to kosztuje. Największą z zalet naszego rozwiązania jest relatywnie nieskomplikowana konstrukcja przy zachowaniu dużej skuteczności. Według naszych symulacji PW-Sat2 powinien zdeorbitować po otwarciu żagla w przeciągu kilkunastu miesięcy. Bez żagla jego pobyt na orbicie mógłby trwać ponad 20 lat.
Jak długo powstawał PW-Sat2?
Ile czasu trwa projekt z PW-Sat2 od rozpoczęcia prac nad pomysłem do jego wystrzelenia? Jaką drogę przeszliście?
Artur Łukasik (wicekoordynator projektu): Projekt rozpoczął się oficjalnie 4 stycznia 2013 roku. W rzeczywistości pierwsze przymiarki miały miejsce już w czerwcu 2012, tzn. w małym gronie w SKA myśleliśmy już nad tym jakie mogą być pomysły na misję PW-Sata2 oraz powoli szukaliśmy trzonu zespołu. Okres od stycznia 2013 do listopada to był czas kiedy planowaliśmy misję bardzo ogólnie i docieraliśmy zespół i myśleliśmy o architekturze systemu. Dzisiaj z rozbawieniem wspominamy naszą pewność siebie. Następnie do końca 2015 roku rozwijaliśmy projekt na papierze, czyli szczegółowe projektowanie misji, podsystemów oraz powiązań pomiędzy nimi. Rok 2016 okazał się przełomowy.
Na początku 2016 roku otrzymaliśmy 180 000 euro od Ministerstwa Nauki, które miały zostać przeznaczone na wyniesienie satelity. W lutym rozpoczęliśmy współpracę z naszym sponsorem strategicznym – firmą Future Processing z Gliwic, jednocześnie był to początek prac nad oprogramowaniem satelity. W międzyczasie rozpoczęliśmy współpracę z innymi firmami jak np. SoftwareMill, CEZAMAT PW, ARP S.A. i wiele innych. Podpisanie umowy na wyniesienie PW-Sata2 w kosmos nastąpiło w październiku 2016 roku, a w grudniu 2016 roku dotarły do nas już pierwsze komponenty satelity zamówione do wykonania u zewnętrznych firm. Wtedy myśleliśmy, że satelita poleci w kosmos rok później, jednak opóźnienia ze strony SpaceX wynoszą dzisiaj prawie 12 miesięcy.
W sierpniu 2017 uruchomiliśmy po raz pierwszy naszego satelitę na stole, tzw. flatsata – tzn. były to wtedy po prostu połączone ze sobą, leżące na stole, płytki elektroniki, ale był to bardzo ważny moment. W listopadzie odbyliśmy kampanię testową naszego żagla na tzw. Drop Tower w Bremie w Niemczech, gdzie mogliśmy w warunkach mikrograwitacji i próżni sprawdzić działanie naszego żagla – był to ostateczny dowód na to, że nasza koncepcja działa, jedyne co zostało do zrobienia to już tylko test w kosmosie.
Składanie lotnego modelu satelity rozpoczęliśmy w połowie 2017 roku, zakończyliśmy go składać 28 lutego 2018. Następnie przechodziliśmy ostateczne testy na lotnym modelu – testy wibracyjne, testy w komorze próżniowej czy “wypiekanie satelity”. Od maja bieżącego roku (2018) satelita jest już w całości złożony i przetestowany przed startem. W lipcu pożegnaliśmy PW-Sata w Polsce i pojechaliśmy do Holandii zintegrować go z zasobnikiem w którym poleci w kosmos. Drogę z Holandii do Stanów Zjednoczonych przebył już pod nadzorem firmy, która zapewnia wyniesienie go w kosmos. W tym momencie PW-Sat2 czeka już na wystrzelenie, a my pracujemy przy stacji naziemnej dostosowując sprzęt do naszych potrzeb i trenując kontakt z innymi satelitami, aby zdobyć doświadczenie przed startem naszego satelity.
Jakie było najtrudniejsze wyzwanie, które pokonaliście, aby stworzyć satelitę PW-Sat2? Jak to zrobiliście?
Dominik Roszkowski: Na początku zdecydowanie przeceniliśmy nasze siły. Pierwotny pomysł na satelitę w późniejszych etapach okazał się zbyt ambitny i musieliśmy zrezygnować z kilku elementów (wystarczy porównać dokumentację sprzed lat z ostatecznym satelitą). Po indywidualnych konsultacjach z ekspertami z Europejskiej Agencji Kosmicznej po raz kolejny drastycznie uprościliśmy architekturę misji. Na początku brakowało nam też osób doświadczonych w elektronice i oprogramowaniu. Codziennych wyzwań było naprawdę dużo – począwszy od problemów inżynieryjnych, nad którymi zespoły spędzały tygodnie, przez trudności wynikające ze studenckiego charakteru projektu (wzięło w nim udział ponad 100 studentów), a skończywszy na przyziemnych problemach z biurokracją czy brakiem wystarczającego finansowania na start.
Projekt prowadzony był zupełnie oddolnie – przez studentów, którzy włożyli w niego mnóstwo pracy i wielokrotnie poświęcali studia czy pracę na rzecz budowy satelity
Myślę, że udało nam się dzięki ogromnemu zaangażowaniu wielu osób. Projekt prowadzony był zupełnie oddolnie – przez studentów, którzy włożyli w niego mnóstwo pracy i wielokrotnie poświęcali studia czy pracę na rzecz budowy satelity. Gdyby nie ich wiara i zaangażowanie, to projekt nigdy nie dotarłby do punktu, w którym jesteśmy dzisiaj.
Problem kosmicznych śmieci jest na tyle poważny, że wiele innych podmiotów zaangażowało się już w jego rozwiązanie. Czy PW-Sat2 jest pierwszym satelitą stosującym żagiel deorbitacyjny, czy ktoś już wcześniej testował takie rozwiązanie? Jakie były jego wyniki?
Ewelina Ryszawa (w projekcie od początku jego trwania, przez 4 lata team leader zespołu mechanicznego): Kiedy zaczynaliśmy prace nad PW-Satem wiedzieliśmy że jest kilka grup które myślą o stosowaniu różnych rozkładanych struktur jako metody przyspieszenia deorbitacji na niskich orbitach. Były to jednak pomysły w początkowych fazach, np projekt “Sunjammer” NASA który rozpoczął się w 2011 ale ostatecznie został zamknięty przed fazą testów lotnego modelu żagla. (Warto zaznaczyć że główna misja PW-Sat2 jest po części kontynuacją misji PW-Sat, gdzie rozkładaną struktura był ogon zbudowany ze sprężyny z nałożonymi na nią elastycznymi fotoogniwami). W miarę upływu czasu na różnych konferencjach spotykaliśmy się z innymi projektam