Studenci polskich politechnik podbijają kosmos. Rakiety i łaziki to nie wszystko

Kiedy granice Ziemi to za mało, pora sięgnąć dalej. Na taki krok decydują się pasjonaci kuszeni bezmiarem wszechświata. Dzięki nowoczesnym rozwiązaniom nie trzeba fizycznie znaleźć się poza atmosferą, by eksplorować przestrzeń kosmiczną.

Polscy studenci od lat pracują nad projektami kosmicznymi

Zaangażowanie młodych naukowców w projekty kosmiczne nie jest kwestią ostatnich lat, choć za sprawą programów, grantów i popularyzacji tej dziedziny, zainteresowanie z roku na rok rośnie. Warto przypomnieć ogromne wyzwanie, jakim stał się PW-Sat. 13 lutego 2012 roku z europejskiego kosmodromu w Gujanie Francuskiej na orbitę został wyniesiony pierwszy polski sztuczny satelita. Ten historyczny projekt powstał na Politechnice Warszawskiej.

Obecnie trwają prace na PW-Sat3. W projekt zaangażowany jest zespół ponad 20 studentów, a wystrzelenie satelity planowane jest na 2023 rok. Jak przekonują naukowcy, inicjatywa cieszy się zainteresowaniem na wielu znaczących wydarzeniach, w tym m.in. na międzynarodowym kongresie astronautycznym i IEEE Aerospace Conference w Montanie. Plan trwającej misji zakłada przetestowanie czterech podsystemów przygotowanych przez członków Studenckiego Koła Astronautycznego.

Także na Politechnice Gdańskiej pracuje zespół zafascynowany kosmosem. Czterech młodych naukowców reprezentuje uczelnię w Radzie Studentów przy prezesie Polskiej Agencji Kosmicznej. Rada to ciało doradcze POLSA, którego celem jest między innymi integracja polskich studentów jak i promocja sektora kosmicznego.

MOXIE – projekt studentów Politechniki Gdańskiej

– Najważniejszym projektem, nad którym pracujemy jest MOXIE. To próba odtworzenia zmodyfikowanej wersji eksperymentu NASA. Jest to elektrolizer (urządzenie, w którym przeprowadzana jest elektroliza, czyli rozkład elektrolitu pod wpływem zewnętrznego źródła prądu elektrycznego – red.), który poleciał na łaziku Perseverance na Marsa i tam produkuje tlen z atmosfery marsjańskiej. Urządzenie takie jest jedną z szans na utrzymanie ludzkich habitatów na tejże planecie. My testujemy tę ideę z innymi materiałami i planujemy porównać ich wydajność. Udało nam się zaprezentować wstępne wyniki na zeszłorocznej Studenckiej Konferencji Kosmicznej we Wrocławiu – mówi „Wprost” Martyna Czudec, doktorantka w Instytucie Nanotechnologii i Inżynierii Materiałowej i opiekunka naukowa Astrofizycznego Koła Naukowego Politechniki Gdańskiej.

Uczelnia odniosła też sukces w projekcie STARDUST, w którym wykorzystuje się balony stratosferyczne w ramach konkursów REXUS/BEXUS (organizowanych przez Niemiecką Agencję Kosmiczną DLR, Szwedzką Agencję Kosmiczną SNSB i szwedzką państwową firmę Swedish Space Corporation) oraz Global Space Balloon Challenge, tworzony przez Stanford Space Initiative.

Uczestnicy eksperymentu chcą zbadać różnorodność oraz właściwości bakteryjnej mikroflory stratosfery. „Literatura naukowa sugeruje możliwość występowania w stratosferze bakterii o wysokiej oporności na duże dawki promieniowań UV oraz jonizującego. Nie wykluczamy u nich możliwości posiadania nieznanych do tej pory mechanizmów naprawy DNA, które mogłyby być inspiracją dla przyszłych naukowców do ich praktycznego wykorzystania” – przekonują. Dotychczasowe badania pozwoliły ustalić, że 26 proc. zebranego przez nich materiału genetycznego było jeszcze nieopisanymi bakteriami.

Powody do radości mają także członkowie Koła Naukowego COSMO Politechniki Krakowskiej. W kwietniu 2023 r. przeprowadzili oni udany start sondy stratosferycznej HABSat (High Altitude Baloon Satelite), która miała za zadanie zbadać natężenie promieniowania kosmicznego na różnych wysokościach przelotu, a także sprawdzić stopień tłumienia tego promieniowania przez atmosferę.

PUT Rocketlab ogłasza sukces rakiety HEXA 4

Szerokim echem odbił się także sukces PUT Rocketlab. To studencka grupa badawcza funkcjonująca na Politechnice Poznańskiej od grudnia 2017 roku. Działa tam 70 studentów z różnych kierunków i wydziałów, których łączy zainteresowanie rozwojem technologii kosmicznych. W czerwcu tego roku reprezentanci PUT Rocketlab pojawili się na międzynarodowych zawodach inżynierii rakietowej — Spaceport America Cup 2023, przeznaczonych dla studenckich zespołów rakietowych. 158 drużyn z 24 krajów mierzyło się na terenie kosmodromu Spaceport America w stanie Nowy Meksyk. Zaprojektowana przez nich rakieta hybrydowa HEXA 4 zajęła pierwsze miejsce w kategorii 30k SRAD Hybrid/Liquid oraz 8. miejsce w klasyfikacji generalnej. HEXA 4 to rakieta sondażowa, której celem jest osiągnięcie pułapu 9 km i bezpieczny powrót na ziemię.

Ministerstwo Edukacji i Nauki wspiera takie inicjatywy w ramach „Studenckich Kół Naukowych Tworzących Innowacje”. Dotychczas przekazano studentom łącznie ponad 22 mln zł. Także udział młodych naukowców z Poznania w Spaceport America Cup został dofinansowany z programu MEiN „Najlepsi z najlepszych! 4.0”. Studenci uczestniczący w tym projekcie budują także aktywne systemy sterowania. Zgodnie z zapowiedziami naukowców, projekt powinien przynieść efekty w połowie 2024 roku.

Hybrydowy silnik zasilany turbopompą powstaje na Politechnice Poznańskiej

Jednak, jak mówi nam dr inż. Bartosz Ziegler, opiekun PUT Rocketlab, na tym nie kończy się działalność koła.

– Prowadzimy projekt hybrydowego silnika zasilanego turbopompą – urządzeniem, które de facto umożliwiają dziś loty orbitalne. Są to urządzenia, które o rzędy wielkości przekraczają gęstością mocy (KW/kg maszyny) jakiekolwiek inne maszyny. Służą do tego, by wtłaczać pod dużym ciśnieniem materiały pędne (zwykle paliwo i utleniacz) do komór silników rakietowych. Rakieta jest lekka za sprawą cienkościennych zbiorników. To możliwe, dzięki panującemu tam niskiemu ciśnieniu. Natomiast w komorze silnika ciśnienie może być ogromne, co daje wysoki ciąg i sprawność silnika – tłumaczy „Wprost” naukowiec.

Ekspert wyjaśnia, że większość masy startowej rakiety to paliwo. – Gdyby nie turbopompy, to w zbiornikach musiałoby panować wysokie ciśnienie, a więc ścianki byłyby tak grube, że nie oderwało by się to od ziemi. O porządnych osiągach nie wspominając. Turbopompy są o tyle ciekawe, że ze względu na brak ich stosowania gdziekolwiek poza rakietami, brakuje opublikowanej wiedzy. Produkuje je na świecie zaledwie kilka firm – dodaje. Ziegler zapowiada, że wkrótce powstanie pierwsza studencka turbopompa silnika rakietowego na świecie.

Studenci z Politechniki Wrocławskiej budują rakiety sondujące

Sporymi osiągnięciami mogą pochwalić się także studenci z Politechniki Wrocławskiej, gdzie w ramach projektu PoliWRocket od podstaw powstają eksperymentalne rakiety sondujące.

– Członkowie naszego koła odpowiedzialni są za różne segmenty rakiety, w tym silnik, elektronikę, system odzysku, moduł z ładunkiem badawczym czy strukturę rakiety, spajającą wszystkie elementy. Wykorzystują do tego wiedzę z zakresu fizyki, chemii, elektroniki, mechaniki, hydrostatyki, pneumatyki, materiałoznawstwa i wielu innych. Do tej pory udało nam się skonstruować osiem głównych rakiet i odbyć 17 udanych lotów. Poza rakietami głównymi, które zabieramy na zawody do Stanów Zjednoczonych czy Portugalii, członkowie naszego koła projektują i wykonują rakiety mniejsze, często służące do testowania wybranych rozwiązań konstrukcyjnych, które później możemy wykorzystać w projekcie głównym – mówi „Wprost” Wiktoria Mrowiec, PR & Marketing Leader PWr in Space.

Aktualnie toczą się prace nad rakietą R5 „Aurora”, której wygląd i nazwa nawiązują do zorzy polarnej. 4-metrowa konstrukcja waży ok. 32 kg, natomiast jej sercem jest silnik hybrydowy, w którym odbywa się reakcja między paliwem w formie stałej (żywica z drobinkami metalicznymi), a gazowym utleniaczem (podtlenek azotu). – Obecnie rozwijamy także model silnika na paliwo ciekłe, który zrewolucjonizuje sposób napędu naszych przyszłych konstrukcji – dodaje Wiktoria Mrowiec.

Na tej samej politechnice od 2009 r. działa też Koło Naukowe Pojazdów Niekonwencjonalnych OFF-ROAD. Zespół składający się z 40 członków, znany jest przede wszystkim z Projektu Scorpio, czyli łazików marsjańskich, ale realizował także inne projekty, m.in. lądownik marsjański Eagle czy kolonię marsjańską Twardowsky.

Łazik Projektu Scorpio ma wykryć występowanie życia

– Naszym najnowszym projektem jest konstrukcja nowego łazika marsjańskiego Scorpio 8, który, oparty o nowe doświadczenie zdobyte w ciągu ostatnich dwóch sezonów, zostanie ulepszony. Mamy nadzieję, że pozwoli nam to na osiągnięcie jeszcze lepszych wyników w sezonie 2023/2024. W tym roku skupiamy się na udoskonaleniu systemu zawieszenia oraz masztowego, które pozwalają nam na jazdę po trudnym terenie, komunikację z operatorami oraz jazdę autonomiczną robota. Niedawno ukończyliśmy budowę spektrometru ramanowskiego, który podczas zawodów pozwala nam na badanie próbek gleby w celu wykrycia występowania życia – mówi „Wprost” Zofia Stypułkowska, prezes Koła Naukowego OFF-ROAD.

O tym, że instrument ma sporą szansę, by sprawdzić się poza naszą planetą świadczą testy. Członkowie koła, jako pierwsi w historii zawodów wykorzystali go do zbadania próbek pobranych na mobilnej platformie badawczej i przesłali dane do interpretacji przez naukowców.

Młodzi naukowcy mogą pochwalić się sukcesami w międzynarodowych konkursach. – W marcu po raz pierwszy w historii koła, a także całego kraju udało nam się wziąć udział w australijskiej odsłonie zawodów. Jest ona wyjątkowa, nie tylko ze względu na miejsce odbywania się konkurencji, ale przede wszystkim ze względu na nacisk jaki organizatorzy kładą na eksplorację nie Marsa, ale Księżyca. Australijska agencja kosmiczna szykuje się do wysłania swojej pierwszej misji kosmicznej na Księżyc i idąc z duchem czasu organizatorzy również skupiają się na Space Minning oraz ekstrakcji wody z regolitu. Podczas zawodów nasza drużyna spisała się znakomicie, za każdym razem byliśmy gotowi do startu przed czasem, co nie udało się żadnej innej drużynie i nie mieliśmy żadnej dużej awarii – relacjonuje Zofia Stypułkowska.

Mnogość i różnorodność projektów, nad którymi pod okiem naukowców pracują studenci polskich politechnik świadczy o zapotrzebowaniu przemysłu na nowe rozwiązania. Rynek ten ciągle się rozwija, a granty dają możliwość prowadzenia testów w warunkach odzwierciedlających te z przestrzeni kosmicznej. Jednak to nie tylko budżet a zaangażowanie i upór młodej kadry jest w stanie przynieść wyczekiwany sukces.