Na prośbę gorzowianina Grzegorza Bielawskiego, członka Koła Naukowego OFF-ROAD z Politechniki Wrocławskiej, studenta, absolwenta Liceum Ogólnokształcącego nr 1 publikujemy materiał o sukcesie młodych naukowców.

Projekt Eagle to studencki projekt wielkogabarytowego lądownika marsjańskiego, realizowany przez studentów Politechniki Wrocławskiej. Jako jeden z pięciu najlepszych projektów z całego świata i jedyny z Polski został wybrany do finału konkursu „Red Eagle - International Student Engineering Contest to Design Mars Lander”, organizowanego przez The Mars Society przy współpracy z NASA, który odbędzie się w sierpniu w Pasadenie (USA).

- Zyskaliśmy nieprawdopodobną szansę. Jako pierwsza studencka drużyna (i to w dodatku z Polski) dostaliśmy propozycję nawiązania ścisłej współpracy z NASA, pozwalającą nam na pracę nad naszymi projektami pod okiem specjalistów z NASA's w Jet Propulsion Laboratory, a dodatkowo między innymi możliwość odbycia tam stażu. Polski łazik w NASA? Byłoby to pierwsze tego typu przedsięwzięcie w historii – mówi konstruktor w zespole Artur Bauer.

Zaczęło się od projektu lądownika marsjańskiego.
- Projekt powstał w ramach działalności Koła Naukowego Pojazdów Niekonwencjonalnych OFF-ROAD na Politechnice Wrocławskiej, znanego z wielokrotnie nagradzanych na międzynarodowych zawodach łazików marsjańskich Scorpio. W tym roku zmierzyliśmy się z trudniejszym wyzwaniem, które od wielu lat nurtuje wszystkie agencje kosmiczne i blokuje możliwość zasiedlenia nie tylko Marsa, ale i innych pobliskich planet – dodaje lider Projektu Eagle Justyna Pelc.


Zdj. Zespół realizujący projekt lądownika marsjańskiego

Houston, mamy (dziesięciotonowy) problem!
Największym problemem związanym z kolonizacją Marsa jest znalezienie sposobu na wysłanie tam całego niezbędnego do przeżycia wyposażenia. Dlatego przed studentami postawiono zadanie zaprojektowania lądownika, który umożliwi dostarczenie na Czerwoną Planetę minimum dziesięciu ton ładunku. Jednocześnie, konstrukcja musiała być możliwa do zbudowania i wysłania na Marsa do 2026 r.

To niełatwe zadanie. Dotychczas największym ładunkiem, jaki ludzkość dostarczyła na Marsa, był ważący około tonę łazik Curiosity. W czym tkwi problem?

- Pierwszym jest atmosfera Marsa. Ma dużo mniejszą gęstość niż ziemska, więc powszechnie stosowane na Ziemi metody takie, jak np. spadochron, nie sprawdzą się. Innym problemem jest fakt, że obecne rakiety (oraz te, które do 2026 mają powstać) znacznie ograniczają wymiary i wagę lądownika. Dodatkową trudność sprawia ewentualny powrót z Marsa na Ziemię – tłumaczy specjalista ds. deceleracji Krzysztof Basiak.

Konkurs zmuszał do wypracowania rozwiązania dla wielu problemów związanych z eksploracją w zaledwie kilka miesięcy.

From zero to… space engineers!
Tak trudny problem wymagał kompleksowego podejścia. Zespół składał się ze specjalistów z zupełnie różnych działek – od mechaników i elektroników, przez inżynierów materiałowych, po biologów oraz fizyków. Ze względu na specyfikę projektu, konieczne było też wsparcie merytoryczne specjalistów z branży. Swoją pomoc zaoferowali pracownicy z podmiotów takich, jak ESA, CERN oraz Mars Society Polska.

Zdj. Szkolenie z prowadzenia projektów kosmicznych, które przeprowadził dla zespołu jeden z pracowników ESA

O koncepcji…
Lądownik Eagle został zaprojektowany tak, by optymalnie wykorzystać przestrzeń ładowni potencjalnej rakiety nośnej projektowanej przez NASA - Space Launch System. Jako konstrukcję nośną wykorzystano kadłub półskorupowy, który pozwolił na uzyskanie optymalnego stosunku wymaganej wytrzymałości do masy. Ładownia, którą umieszczono w dolnej centralnej części lądownika, jest jednocześnie windą towarową, co znacznie ułatwia proces rozładunku. Natomiast przestrzeń ładunkowa zaprojektowana jest w ten sposób, że moduł windy bez problemu może być wymieniony na moduł umożliwiający podtrzymanie życia dla ludzi.

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

Najtrudniejszym zadaniem było opracowanie metody deceleracji statku w trakcie wchodzenia w atmosferę. Zagadnienie to jest trudne ze względu na wspomnianą wcześniej charakterystykę atmosfery Marsa, która przy większych masach całkowicie wyklucza korzystanie z takich metod hamowania, jak np. spadochrony. Wytracenie prędkości przy użyciu silników (jak miało to miejsce w przypadku lądowań na Księżycu) również nie wchodzi w grę, ze względu na konieczność wykorzystania dużej ilości paliwa rakietowego, a co za tym idzie - niesie bardzo duże koszty (związane głównie z koniecznością transportu paliwa pomiędzy planetami). Jedynym rozsądnym rozwiązaniem jest połączenie kilku metod deceleracji. W projekcie wrocławskich studentów są to: hamowanie aerodynamiczne z wykorzystaniem modułu HIAD (Hypersonic Inflatable Aerodynamic Decelerator) oraz użycie silników rakietowych w końcowej fazie lądowania.


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

HIAD to moduł, który pozwala na zwiększenie efektywnej powierzchni hamowania aerodynamicznego poprzez wypełnienie gazem kilkunastu materiałowych pierścieni o zwiększającej się średnicy, składających się na stożek. Wykorzystanie tej technologii pozwala na wytracenie znaczącej wartości prędkości. Po wykonaniu swojego zadania moduł jest odrzucany, co pozwala na zmniejszenie masy całego lądownika i finalne lądowanie z wykorzystaniem silników.

Bez innowacji nie obyła się również elektroniczna strona projektu. Wykorzystano druk 3D elektroniki, co pozwoliło znacznie zredukować masę układów przy jednoczesnym zachowaniu niskich kosztów produkcji. Drukowana elektronika może być również bardzo cienka, a jednocześnie giętka. Na obecnym stopniu technologicznym można wydrukować już większość czujników używanych w branży kosmicznej, np. temperatury, wilgotności, ciśnienia, siły wiatru, promieniowania UV i inne.

Zdj. Wizualizacja lądownika na Marsie

Co ciekawe, w dniu wysyłania końcowego raportu do organizatorów konkursu, NASA opublikowało film przedstawiający po raz pierwszy ich koncepcję lądownika marsjańskiego. Studenci Politechniki Wrocławskiej pomysłowością dorównują największym mózgom branży kosmicznej, ponieważ ich koncepcja podążała w tym samym kierunku.

To mała suma dla człowieka, ale wielka dla Projekt Eagle
Od spełniania marzeń i wzięcia udziału w finale konkursu, który odbywa się w Stanach Zjednoczonych, dzieli ich tylko... spora suma pieniędzy. Potrzebują ich na lot i zakwaterowanie.

- Szukamy osób i podmiotów, które chciałyby nas wesprzeć. Jako jedna z pięciu drużyn na świecie i jedyna z Polski, będziemy na tych zawodach reprezentować nie tylko naszą uczelnię, ale i cały Polski Sektor Kosmiczny – mówi lider techniczny projektu Ania Wójcik.

Każdy, kto chciałby pomóc, może to zrobić na portalu OdpaProjekt: https://odpalprojekt.pl/p/projekteagle lub skontaktować się z zespołem (kontakt na stronie www).


Więcej informacji znajduje się na stronie internetowej: www.scorpio.pwr.edu.pl

oprac. redakcja
foto archiwum własne