Wystrzelić Polskę w kosmos. I posprzątać śmieci

Czasem historia zaczyna się w mało spektakularny sposób. W polskim przemyśle kosmicznym - od satelity wielkości kostki Rubika, stworzonego przez studentów. I pomysłu, jak nie śmiecić na orbicie

- Otwieramy nową erę dla polskiego przemysłu: budowę satelitów - mówi Maciej Urbanowicz, student Politechniki Warszawskiej, wydziału Mechaniki i Budowy Maszyn i jednocześnie koordynator projektu PW-Sat.
Słowa Urbanowicza mogą brzmieć buńczucznie. Po pierwsze, mówimy o projekcie studenckim. Po drugie, to nie pełnowymiarowy satelita, a ledwie pikosatelita, niewielki sześcian o bokach 10 cm, ważący raptem kilogram.
Tyle, że ten niewiele większy od kostki Rubika sześcian - o ile nic nie pokrzyżuje mu planów - będzie pierwszym polskim satelitą.

W wielu innych krajach studenci z Politechniki Warszawskiej nie mieliby szans na miano pionierów. Satelity ma dziś co trzeci kraj na świecie, w tym Brazylia, Nigeria, Algieria i Wietnam. Polsce dotąd się nie spieszyło.

Trochę historii, czyli wpadka SSETI Express

Pierwsze przymiarki do budowy satelity polscy studenci rozpoczęli już w połowie poprzedniej dekady. Akademickie zespoły z 23 krajów skonstruowały satelitę SSETI Express (Student Space Exploration and Technology Initiative), kształtem i wielkością przypominającego pralkę. Ważył około 60 kilogramów, był szeroki i głęboki na 60 centymetrów, wysoki na 90 centymetrów.

SSETI Express (fot. ESA)

Zespół z Politechniki Wrocławskiej zbudował doń trzy superczułe anteny do transmisji radiowej w paśmie S. Zaś studenci z Politechniki Warszawskiej mieli sterować ruchami sondy, najpierw z duńskiej centrali, potem z Warszawy. Budowanego półtora roku satelitę wystrzelono w październiku 2005 r. z kosmodromu w rosyjskim Plesiecku. W praktyce niewiele sprawdzono - po kilkunastu godzinach od wejścia na orbitę zaczęło siadać napięcie. Przez niewykryty wcześniej błąd w instalacji akumulator nie ładował się z baterii słonecznych.

Mniej więcej w tym samym czasie, gdy SSETI dryfował na orbicie, już bez kontaktu z Ziemią, w akademiku "Mikrus" członkowie Studenckiego Koła Astronautycznego postanowili, że wyślą na orbitę własnego satelitę. W projekt włączyła się też druga organizacja - Studenckie Koło Inżynierii Kosmicznej.

Satelita jak kostka Rubika

Czym jest PW-Sat? To dość typowy pikosatelita formatu "CubeSat" o wielkości 1U (jedna jednostka). Po przełożeniu na gramy i litry: PW-Sat zmieściłby w sobie litr wody, waży zaś mniej niż kilogram (ale więcej niż 800 gramów).
W ostatnich latach ten format stał się wyjątkowo popularny. - Każdego roku przynajmniej kilka, jeśli nie kilkanaście różnych CubeSatów znajduje się na orbicie. Często wynoszone są w zasadzie hurtowo jedną rakietą - zauważa jeden z naszych rozmówców.



Ta popularność nie wzięła się z niczego. Pikosatelity odgrywają w przemyśle kosmicznych kilka ról - to doskonały sposób na wykształcenie nowego narybka wśród studentów kierunków technicznych, bo nie są przesadnie skomplikowane w konstrukcji. Choć też są pewnym wyzwaniem.

- Środek masy satelity musi znajdować się w "wirtualnej kuli" o promieniu 2 cm i musi mieć środek w punkcie przecięcia się przekątnych satelity - mówi Urbanowicz. Trzeba też było np. znaleźć miejsca na przełączniki, których zadaniem jest poinformowanie elektroniki, że satelita jest wyładowany z zasobnika rakiety nośnej.

Pikosatelity są popularne, bo są też tanie. Wyniesienie takiego satelity na orbitę to koszt kilkudziesięciu tysięcy dolarów, co oznacza, że można niewielkim kosztem przetestować na orbicie powstające dopiero technologie.

Kiedy PW-Sat może wystartować? Studenci finiszują z ostatnimi elementami satelity, kończą też pisać oprogramowanie. - Najprawdopodobniej w sierpniu satelita zostanie wysłany do Holandii - mówi Urbanowicz. Potem sprawa się komplikuje: PW-Sat pierwotnie miał trafić do kosmodromu Kourou w Gujanie Francuskiej. I wraz z ośmioma innymi pikosatelitami polecieć jako dodatkowy "bagaż" nowej rakiety nośnej Vega. Ta miała polecieć już 2010 r., ale po serii opóźnień start przesunięto na drugą połowę tego roku.
- Jeszcze w styczniu wydawało się, że start będzie we wrześniu. W tej chwili wydaje się, że możliwe są kolejne opóźnienia, być może nawet do 2012 roku - mówi jedna z osób zaznajomiona z projektem. Jest też taki scenariusz, że Vega poleci w tym roku, ale bez ładunku.

Jak się pozbyć kosmicznych śmieci

Jakie zadanie stoi przed PW-Sat? Choć cel misji zwykle jest sprawą drugorzędną - początkowo studenci PW rozważali wysłanie w kosmos karalucha lub lustra, które na Ziemię puszczałoby zajączki - warszawski satelita ma przetestować nowy sposób na tzw. deorbitację, czyli skrócenie żywota satelity na orbicie.

Na sygnał z Ziemi satelita ma rozłożyć dwumetrowy ogon z cienkiej folii. Założenie jest takie, że dzięki temu wyhamuje i szybciej dotrze do górnych warstw atmosfery, gdzie spłonie. Jak szacują studenci, gdyby PW-Sat nie miał ogona, tułałby się po orbicie przez ponad sześć lat. Z ogonem - tylko rok.

- To pomysł na pozbycie się kosmicznych śmieci, resztek pozostałych m.in. po rakietach czy satelitach - tłumaczył kilka lat temu Rafał Przybyła, pierwszy koordynator PW-Sat (dziś pracownik Centrum Badań Kosmicznych). Urbanowicz dodaje, że na ziemskiej orbicie krąży ok. 12 tys. kosmicznych śmieci. I to tylko takich, które są większe niż 10 cm. Prawie trzy tysiące śmieci to efekt uboczny chińskich testów broni antysatelitarnej (ASAT) z 2007 r. Ponad dwa tysiące - efekt zderzenia dwóch satelitów w 2009 r.

Przez lata NASA, a także Rosjanie, kwestię orbitalnych śmieci bagatelizowali, kierując się teorią "big sky". Upraszczając: kosmos jest na tyle duży, że nawet jeśli panel odpadnie od satelity, to jest tylko kwestią czasu, kiedy trafi do atmosfery i spłonie, zanim zderzy się z czymkolwiek na orbicie.
W praktyce "śmieci" już dwukrotnie w tym roku spowodowały, że kosmonauci Międzynarodowej Stacji Kosmicznej musieli chować się na kilkadziesiąt minut w specjalnych kapsułach Sojuz. Amerykańskie testy broni ASAT, mimo, że odłamki ostatecznie spłonęły po miesiącu, opóźniły start satelity wywiadowczego. Kosmiczne śmieci mogą być powodem mniejszych lub większych uszkodzeń satelitów.

Ostatnie stopnie rakiet

Jeśli więc okaże się, że warszawski "ogon" sprawdza się w deorbitacji, kto wie, czy nie znajdzie się dlań zastosowanie w poważniejszych projektach.
Jeśli się nie sprawdzi, PW-Sat i tak już przynosi korzyści. - Wiele osób, które przewinęły się przez projekt, dziś pracuje w branży kosmicznej, albo lotniczej, zarówno w Polsce, jak i za granicą. To doświadczenie wyniesione z projektów edukacyjnych w jakimś stopniu procentuje - mówi Jakub Ryzenko, ekspert ds. polityki kosmicznej z CBK.

- Ludzie, którzy dzisiaj realizują projekty studenckie, założą firmy i wykorzystają zdobyte doświadczenie i wiedzę - tak to widzi Maciej Urbanowicz. Na bazie doświadczeń z PW-Sata tworzy on inny projekt: MURB Deorbitation System (MDS). Główne założenie: stworzyć wspólny system deorbitacyjny dla nowych statków kosmicznych. - Dzięki mojemu urządzeniu satelity i ostatnie stopnie rakiet będą mogły być usuwane z niskich orbit po zakończeniu swoich misji - mówi Urbanowicz. Projekt już pokazywał na międzynarodowym sympozjum, MDS dostał się do finału konkursu na studenckie projekty, przegrywając jedynie z Niemcami i Brazylią. Różnica jest taka, że rywale mieli wsparcie finansowe. Urbanowicz finansuje się sam.

PW-Sata nie wyprzedził dotąd żaden profesjonalny polski projekt satelitarny, po części dlatego, że nakłady na kosmiczne technologie nie były zbyt wielkie. - Niestety Polska nie uczestniczy w europejskiej działalności kosmicznej w stopniu odpowiadającym jej możliwościom i ambicjom - mówiła rok temu Sylwia Waśkiewicz, z departamentu rozwoju Ministerstwa Gospodarki na posiedzeniu plenarnym w Polskiej Akademii Nauk.

Dlaczego jest istotne, by mieć własnego satelitę? W przypadku konfliktów zbrojnych, można szybko pozyskać zdjęcia z terenu np. z Gruzji i ocenić sytuację geopolityczną. W przypadku powodzi, własny satelita znacznie skróciłby czas oczekiwania na zdjęcie terenów zalanych. -  W zeszłym roku na zdjęcie trzeba było przeciętnie czekać dobę. Mając własnego satelitę, można by ten czas skrócić do kilku godzin (tekst z poprzedniego wydania Next: "Technologie kontra natura. Czy nie ma mocnych na wielką wodę?")

Ale nie było politycznej woli, ani spójnej strategii, by podjąć negocjacje o wstąpienie do Europejskiej Agencji Kosmicznej (odpowiednik NASA). Dziś ESA składa się z 19 państw członkowskich, karty w niej rozdają Niemcy, Francuzi, Włosi i Hiszpanie. Ale członkiem ESA są też Czesi i praktycznie Rumunia (czeka tylko na ratyfikację podpisanych umów). Polska tymczasem dopiero zacznie negocjacje - do ESA prawdopodobnie dołączymy w 2012 lub 2013 r.

Co tracimy, nie będąc w Agencji?

Europejskie projekty kosmiczne Polska finansuje i tak w swojej budżetowej składce. - Te pieniądze tylko w części wracają do Polski - ocenia Ryzenko. Według niego, dzięki członkostwu w ESA, do Polski spłynęłyby kontrakty o wartości 30-35 mln euro w skali roku, co dałoby Polsce kilkanaście milionów euro "kosmicznej" nadwyżki. Na większe niż do tej pory pieniądze z ESA mogłyby liczyć zarówno firmy, jak i placówki badawcze. Norwedzy, którzy w ESA są od dawna, wyliczyli, że z 1 euro, które budżet zainwestuje w kosmiczne programy, do kraju - w postaci kontraktów - wraca 4,6 euro.

Nie jest jednak tak, że polski przemysł kosmiczny nie istniał - polskie instrumenty były i nadal są ważną częścią wielu międzynarodowych projektów satelitarnych, myśl techniczna znad Wisły jest obecna w przynajmniej kilkudziesięciu obiektach w kosmosie.
Przykłady ostatnich lat: penetrator MUPUS, zainstalowany na lądowniku Philae sondy Rosetta, penetrator Chomik do pobrania próbek gruntu, który poleci w misji Fobos-Grunt w kierunku największego księżyca Marsa oraz czujnik do pomiaru temperatury i przewodnictwa cieplnego dla lądownika Huygens, który w styczniu wylądował na powierzchni Tytana - największego księżyca Saturna.

Na zdjęciu model penetratora MupusDr inż. Karol Seweryn z Centrum Badań Kosmicznych PAN przy modelu penetratora MUPUS użytego w misji Rosetta do komety 67P/Czuriumow-Gierasimienko W prawej ręce prototyp pojemnika na próbkę gruntu z Fobosa, księżyca Marsa, w lewej próbka wycięta z materiału użytego w testach laboratoryjnych. (Źródło: CBK PAN/aFOTO)

Polska te programy realizuje na mocy programu PECS (Programme for European Cooperating States), swoistej poczekalni przed wejściem do ESA. PECS został jednak zatwierdzony dopiero w 2008 r., dopiero niedawno też polskie programy satelitarne nabrały rozpędu - czego przykładem jest BRITE-PL, rozpoczęty w drugiej połowie 2009 r. projekt wysłania dwóch satelitów naukowych na orbitę. To z kolei satelity o wielkości 20x20x20 cm, tzw. nanosatelity. Pierwszy powstaje pod okiem kanadyjskich specjalistów, opiera się też na podzespołach z Kanady. Drugi ma być już bardziej samodzielnym projektem CBK.

Satelity mogą obniżyć polską składkę CO2

Z ESA będziemy teraz negocjować m.in. to, w jakich programy Polska będzie brała udział, a także długość okresu "ochronnego" - czyli tego, jak długo ESA będzie pomagało w przetargach, tworzeniu konsorcjów, czy wręcz przygotowywała dedykowane dla Polski programy. Przykładem takiego programu jest opracowanie materiału ścieralnego stosowanego w łożyskach różnych pojazdów i urządzeń kosmicznych. Są też programy, które mogłyby mieć bezpośrednie przełożenie na budżet.

- Dzięki danym z orbity możemy obliczyć stopień zalesienia i oszacować, jak dużo dwutlenku węgla pochłaniają polskie lasy. Jeśli przedstawimy precyzyjne wyliczenia, być może pozwoli to na obniżenie naszej "węglowej" składki na limity CO2 - mówi Ryzenko.

Ale tu już wkroczy polityka - taki projekt, uwzględniający zalesianie w strategii redukcji emisji CO2 już się pojawił za rządów PiS. Gdyby Komisja Europejska się nań zgodziła, firmy z takich krajów jak Szwecja czy Polska, płaciłyby mniej za pozwolenia na emisję CO2 (bo potrzebowałyby ich mniej). Bruksela pomysł jednak odrzuciła, podpierając się m.in. tym, że trudno byłoby ten udział lasów rzetelnie wyliczyć.

 

Podyskutuj o  polskim udziale w badaniach kosmicznych: facebook.com/madrzejszy.swiat


Krzysztof Kanawka - doktor wydziału inżynierii chemicznej Imperial College London (temat doktoratu: ogniwa paliwowe typu SOFC). Obecnie na stażu podoktorskim w paryskim konsorcjum Econoving. Współzałożyciel firmy Kosmonauta.net, prowadzącej serwis astronautyczny, a także doradzającej firmom sektora kosmicznego z naszego regionu Europy.

Tomasz Grynkiewicz, dziennikarz "Gazety Wyborczej" i serwisu Wyborcza.biz. Absolwent Szkoły Głównej Handlowej, od 2004 r. zakotwiczony w dziale gospodarczym, na styku biznesu i technologii.

Więcej o: