REKLAMA


 

REKLAMA


 

Młotki to nasza specjalność Jakub Ostałowski

„Jako pierwsi wykonaliśmy system młotkowy, który poleciał na misję kosmiczną do komety”. O zadaniach związanych z misją Rosetta, niepewności i cierpliwości rozmawiamy z kierownikiem Laboratorium Mechatroniki i Robotyki Satelitarnej Centrum Badań Kosmicznych PAN dr. inż. Jerzym Grygorczukiem, który wraz z zespołem skonstruował penetrator Mupus


Grygorczuk_Jerzy

Naszym rozmówcą jest Jerzy Grygorczuk
Centrum Badań Kosmicznych
Polska Akademia Nauk, Warszawa
e-mail: Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript.  


Academia: W ciągu ostatniego roku Rosetta, jak mało który projekt naukowy, przebijała się do nagłówków gazet. Czym jest Rosetta?

Jerzy Grygorczuk: Rosetta to misja Europejskiej Agencji Kosmicznej, wysłana w 2004 roku. Przygotowania do niej rozpoczęły się ponad 10 lat wcześniej. Zalicza się do tzw. cornerstone missions, misji, które zdarzają się rzadko, raz na kilkanaście albo dwadzieścia kilka lat i stawia im się wymagające i odkrywcze zadania badawcze. Nie jest to w każdym razie standardowa misja na orbitę ziemską i kolejny, dziesięciotysięczny wyniesiony satelita.

 

Jakie zadanie stało przed Rosettą?

Miała odnaleźć w przestworzach kosmicznych kilkaset milionów kilometrów od Ziemi mały obiekt o kilkukilometrowej średnicy i zbadać go. Tym obiektem jest kometa 67P/Czurimow--Gierasimienko. Komety wciąż są tajemnicze, niezbyt dobrze poznane. Ale wiąże się też z Rosettą pewne novum. Poprzednie misje obserwowały komety, ale żadna nie zakładała scenariusza, w której obiekt wykonany ludzką ręką wyląduje na komecie. Poza tym najczęściej pionierami w dziedzinie badań kosmicznych bywali Amerykanie lub Rosjanie, a tym razem to Europa, a konkretnie Europejska Agencja Kosmiczna zrobiła pierwszy krok i wylądowała na komecie.

 

Do tego celu przeznaczony był lądownik Philae.

Oprócz badań komety z odległości kilkunastu kilometrów: obserwacji jej powierzchni i analizy składu warstwy powierzchniowej gruntu, lądownik miał za zadanie zrobić badania bezpośrednie. Dotknąć komety, zmierzyć jej właściwości chemiczne i fizyczne oraz temperaturę, pobrać próbkę gruntu z warstw podpowierzchniowych i zebrać jak najwięcej informacji na temat ewolucji komety. Również w trakcie następnych badań, podczas zbliżania się do Słońca, kiedy materiał komety zaczyna coraz bardziej sublimować i pojawia się dobrze widzialny, słynny ogon komety. To wszystko w dużej mierze – bo misja niewątpliwie już okazała się sukcesem – zostało osiągnięte.

 

Na ile ten sukces był pewny?

Na początku tworzenia misji padło pytanie: „Jakie jest prawdopodobieństwo odnalezienia tak małego obiektu tak daleko od Ziemi?”. Padła odpowiedź: „80%”. A to znaczy, że Rosetta była misją dużego ryzyka. Powodzenie misji lądowania na Marsie wynosiło wtedy mniej więcej 25% – z około 30 lądowników wysłanych w kierunku tej planety tylko 8 zadziałało. Nikt myślący racjonalnie nie mógł być stuprocentowym optymistą. Kiedy kilka dni przed akcją lądowania na komecie pytano mnie, jakie jest prawdopodobieństwo, że wszystko się uda, odpowiadałem, że 50%. Prawda jest taka, że gdybym miał obstawiać Rosettę w zakładach bukmacherskich, nie wiedziałbym, na co się zdecydować (śmiech). 

Fot. Centrum Badań Kosmicznych PAN  

Pana zespół zbudował na potrzeby tej misji bardzo skomplikowane urządzenie...

...składający się z ponad 200 części penetrator Mupus. Historia, w jaki sposób zostaliśmy zaproszeni do współpracy, jest badzo ciekawa. Konkurs na budowę Mupusa wyszedł od Niemców z Instytutu Planetologii w Münster. Kierownikiem projektu był prof. Tilman Spohn, obecny dyrektor instytutu Niemieckiej Agencji Kosmicznej w Berlinie. Notabene kierownikiem naszego projektu był prof. Marek Banaszkiewicz, obecnie prezes nowo utworzonej Polskiej Agencji Kosmicznej.

Prof. Helmut Rosenbauer, który był członkiem rady naukowej Centrum Badań Kosmicznych PAN, przyczynił się do wynegocjowania, żeby więcej zespołów europejskich mogło uczestniczyć w tej misji. Na pierwszym spotkaniu w Canterbury zaproponowałem, że możemy opracować penetrator, który będzie wbijał się za pomocą napędu młotkowego, który wcześniej nigdzie nie był stosowany. To się nawet spodobało, ale Niemcy już mieli swoją wersję napędu z miniaturowym silnikiem rakietowym. Nam więc powiedziano: „Dobrze, róbcie swoje urządzenie – będzie jako zapasowe”. Przez pierwszy rok opracowaliśmy prototyp, wszystko całkiem dobrze działało, ale ciągle byliśmy w rezerwie. Na szczęście dla nas w pewnym momencie okazało się, że systemy napędzane materiałami wybuchowymi zostały zabronione ze względów bezpieczeństwa. Mianowicie gazy wylatujące z dyszy silnika rakietowego mogły uszkodzić inne instrumenty znajdujące się obok i oczywiście zanieczyścić środowisko komety. Ostatecznie nasze rozwiązanie zostało wybrane jako podstawowe.

 

Czego pan się najbardziej obawiał podczas trwania misji? Co mogło zawieść?

Wykonaliśmy wiele modeli, przeprowadziliśmy wszystkie wymagane testy kwalifikacyjne i akceptacyjne, na przykład udarowe, o przeciążeniu nawet 1000 kg. Wszystko było rzetelnie przebadane zgodnie z procedurami. Moje obawy wiązały się z tym, czego na Ziemi nie można było dobrze przetestować. Mogliśmy być pewni testów temperaturowych – w komorze sprawdzaliśmy MUPUS-a nawet w temperaturze -160oC. Ale nikt nie potrafił odpowiedzieć na pytanie, jaka jest wytrzymałość gruntu komety. Podawano mi dane różniące się o trzy rzędy wielkości. Wynikało z tego, że może to być albo puch śnieżny, czyli coś bardzo lekkiego, albo skamienielina o wytrzymałości 1000 razy większej. To była pierwsza niewiadoma: mieliśmy wykonać zadanie wbicia się w słabo określony grunt. Druga obawa dotyczyła faktu, że nie sposób na Ziemi idealnie przetestować systemu w warunkach mikrograwitacji, bo jej stworzenie tutaj jest niemożliwe. Wielką niewiadomą było także to, jak zachowają się niektóre materiały po 10-letniej podróży w kosmosie.

 

Czyli tego typu badania kosmiczne to równanie z wieloma niewiadomymi. Dużą rolę odgrywa też czas – Rosetta leciała 10 lat, a prace rozpoczęły się dekadę wcześniej. W tym okresie trwał postęp technologiczny, którego efektów wy już nie mogliście wykorzystać. Jak sobie z taką sytuacją radzić emocjonalnie?

Pracowaliśmy w dużym międzynarodowym zespole – z Niemcami, Austriakami, Anglikami, Amerykanami. Musieliśmy się komunikować. Na początku wymienialiśmy informacje za pomocą faksów, bo nie było jeszcze e-maili. To daje obraz technologii sprzed 20 lat.

A co do emocji... W fazie opracowywania projektu nikt nie przeżywał tego, co się wydarzy za kilkanaście lat. Wielkim wyzwaniem było pokonywanie kolejnych testów, bo one rzeczywiście były trudne, a przede wszystkim opracowanie urządzenia, które zostanie do misji zakwalifikowane. Bo długo stało pod znakiem zapytania, czy Mupus w ogóle poleci. Wszystko z powodu masy, typowego problemu dla wielu urządzeń kosmicznych. Lądownik był trochę za ciężki i zastanawiano się, czego by tu się pozbyć. Brakowało 2 kg, a nasze urządzenie ważyło dokładnie tyle i były zakusy, żeby to właśnie Mupusa usunąć.

 

I co ostatecznie zostało wyeliminowane?

Nic. Restrykcyjne wagowe ograniczenia wprowadziła ekipa Orbitera, głównego statku kosmicznego. Ale w końcu okazało się, że to oni mogą się o 100, 200 czy nawet 300 kg odchudzić i w ogóle nie było problemu. Dowiedzieliśmy się o tym rok przed zakończeniem prac dla tej misji.

 

Wróćmy do komety. Czym sobie zasłużyła na to, że właśnie do niej poleciała Rosetta? Ma jakieś specjalne właściwości?

Pierwotnie w planach była inna kometa – 46P/Wirtanena. Tyle że ze względu na opóźnienia ze startem Rosetty tamta kometa już odleciała. Wybrano więc kolejną, 67P/Czuriumow-Gierasimienko, która nadlatywała z podobnego kierunku, miała podobne wymiary i przez wiele lat przebywała poza Układem Słonecznym. A co do jej właściwości... to my mieliśmy je zbadać.

 

Lądownik wylądował z małymi przygodami. Co się z nim teraz dzieje?

Znajduje się w stanie hibernacji. Na pokładzie lądownika zastosowano jednak pokaźnych rozmiarów akumulator. Wszystkie zadania tak zaplanowano, żeby energii z akumulatora wystarczyło na kilka dni badań. Lądownik jest dodatkowo pokryty panelami słonecznymi, które mogą doładować akumulator. Sesja pomiarowa może być zatem powtórzona. Dlatego wybrano do lądowania na komecie miejsce idealne – o powierzchni równej jak stół i dobrze nasłonecznionej. Ale po niefortunnym koziołkowaniu lądownik zatrzymał się w dołku, pochylony pod kątem większym niż 45 stopni, w oddaleniu około 1 m od ściany dającej cień. W związku z tym badania trwały tylko trzy dni zamiast pięciu, bo na dłużej nie starczyło energii ze słabo doładowywanego akumulatora. Teraz kometa zbliża się do Słońca i ilość energii dostarczana na jej powierzchnię będzie się zwiększać. Jest więc szansa, że za kilka miesięcy – mniej więcej w okolicy naszego lata, co jest ciekawym zbiegiem okoliczności – prawdopodobnie znowu uda się włączyć przyrządy pomiarowe lądownika i uzupełnić pomiary.

 

A jak się czuje Mupus? Co teraz robi?

Mupus wykonał wszystkie zadania, do jakich był przewidziany. W czasie startu misji był mocno przytwierdzony do lądownika, żeby wytrzymać przeciążenia wibracyjne. Na pierwszą naszą komendę mechanizm zwalniający odblokował penetrator. Następnie został odblokowany silnik manipulatora i obracając się, rozpoczął napędzanie zwiniętych na szpulach taśm, które rozwijając się, wysunęły penetrator w kierunku powierzchni gruntu komety. Potem rozpoczęła się akcja wbijania. Wszystko w ciemno, poza polem widzenia kamer. Z informacji przekazywanych przez czujnik głębokości wynikło jednak, że Mupus zagłębił się na kilka centymentrów, a nie na około 40, jak to było planowane.

 

Z jakiego powodu?

Po pierwsze, cała akcja nie trwała tak długo, jak planowaliśmy. Po drugie, grunt komety okazał się stosunkowo twardy. W tej chwili toczy się na ten temat dyskusja. Są zwolennicy poglądu, że kometa nie jest bardzo wytrzymała, o czym świadczy ciężar właściwy materiału komety wynoszący około 0,5 g/cm3, ale z drugiej strony warstwa powierzchniowa może być utwardzona i mieć inną wytrzymałość. Te dwie rzeczy się nie wykluczają, a o tym, że grunt komety może być dość twardy, świadczy też informacja z akcelerometrów, które były umieszczone na końcach długich nóg lądownika. One właśnie przy odbijaniu się pokazały duże przeciążenia, które byłyby niemożliwe, gdyby lądownik uderzył w miękki grunt.

 

Dr inż. Jerzy Grygorczuk tłumaczy mechanizm wysunięcia Mupusa z lądownika Philae . Fot. Jakub Ostałowski

 

Czyli mimo że nie udało się do końca spowodować, żeby „młot” zrobił to, co powinien, to jednak zadanie informacyjne do pewnego stopnia spełnił?

Przy misjach kosmicznych za wielki sukces uważa się, jeśli jakieś planowane zadanie zrealizuje się w kilkudziesięciu procentach. Chyba na palcach jednej ręki można by było policzyć misje, instrumenty, które działały idealnie na 100%. Z informacji uzyskanych na niedawnym spotkaniu w Berlinie wynika, że zasadniczo wszystkie systemy przyrządu MUPUS, wszystkie mechanizmy i elektronika działały prawidłowo. Pomiary wykonywane przez 16 sensorów pręta penetratora się powiodły. Ich wyniki są bardzo interesujące, trwa ich interpretacja, zostaną opublikowane za 2-3 miesiące.

 

Czego się dowiemy?

Pokazują zasadniczo inną temperaturę przed wbijaniem i po wbijaniu. Po wbijaniu dwa pierwsze sensory położone najbliżej grota pokazywały -170oC. Ta informacja może sugerować, że temperatura gruntu, warstw podpowierzchniowych jest niższa niż próżni, która znajduje się tuż nad powierzchnią. Rzeczą nieoczekiwaną jest to, że na powierzchni nie ma lodu. Ale też z drugiej strony, jeżeli ta kometa wielokrotnie zbliżała się do Słońca, to nic dziwnego, że lód z jej powierzchni czy nawet z warstw podpowierzchniowych wysublimował i po milionach lat już go nie ma. Lód najprawdopodobniej wypełnia całe wnętrze jądra komety, natomiast na samej powierzchni nie zaobserwowano śladu lodu.

 

Gdyby pan zaczynał teraz prace nad Mupusem od początku, zmieniłby pan coś? Czy nowe technologie by pomogły?

Zdecydowanie tak. Wtedy nie do zrealizowania było zaopatrzenie naszego urządzenia w kamerę albo nawet dwie. Bo to, czego nam najbardziej brakuje, to obserwacji, jak urządzenie się wysuwa, jaką ma konfigurację podczas wbijania, jak się wbija...

 

Kosmiczne młotki to nasza specjalność. Od czasu powstania Mupusa mamy ich na koncie sporo.

To, co teraz powiem, nie zabrzmi skromnie, ale jesteśmy w tej chwili najsilniejszym ośrodkiem na świecie, który robi tego typu specjalne, niszowe urządzenia. Jako pierwsi wykonaliśmy system młotkowy, który poleciał na misję kosmiczną do komety. Później zbudowaliśmy urządzenie CHOMIK do misji rosyjskiej Fobos-Grunt. Niestety, ta rakieta od razu spadła do morza. Napędy młotkowe bardzo dobrze sprawdzają się w penetratorach typu KRET, które mogą zagłębiać się na znaczne głębokości. Naszym rekordem jest 5 m – tyle, ile wynosiła głębokość stanowiska testowego. Obecnie opracowujemy specjalny układ napędowy do niemieckiego kreta HP3 dla amerykańskiej misji InSight na Marsa. Mamy kontrakt na budowę pięciu takich urządzeń.

 

Rozmawiały Agnieszka Pollo i Katarzyna Czarnecka

 

 

          

Czego szuka Rosetta? 

Komety – w uproszczeniu – stanowią kule brudnego lodu. Te kosmiczne śnieżki ulepiły się na krańcach Układu Słonecznego z pozostałości po jego uformowaniu. W bardzo niskiej temperaturze przechowały przez kilka miliardów lat materię w niemal niezmienionym stanie. Przynosząc ją w okolice Słońca, jak kosmiczne wykopaliska archeologiczne dają nam szanse na badanie przeszłości naszego systemu. Komety budzą zainteresowanie astronomów m.in. jako klucz do zagadki, skąd wzięło się życie na Ziemi. A jeśli nie życie, to przynajmniej woda, bez której życie nie mogłoby się rozwinąć. Młoda Ziemia była bardzo gorąca. Znajdująca się na niej wówczas woda musiała zagotować się i uciec w przestrzeń kosmiczną. A jednak trzy czwarte powierzchni dzisiejszej Ziemi pokryte jest oceanami. Jak to możliwe? Według popularnej teorii to komety bombardujące młodą, ale już ostygłą Ziemię przyniosły na nią wodę. A może także – wedle jeszcze śmielszych teorii – cząsteczki organiczne, które stały się zalążkiem przyszłego życia.  Weryfikacja tych teorii warta jest misji kosmicznej. Wyniki pomiarów wykonanych dotychczas przez Rosettę już teraz zaowocowały niespodzianką: skład izotopowy wody na komecie 67P/Czurimow-Gierasimienko bardzo różni się od składu wody, którą mamy na Ziemi! Jeśli inne komety są podobne – źródła ziemskiej wody trzeba szukać gdzie indziej. Może na asteroidach? Mniej wydajnie, ale i one mogły przynieść na Ziemię wodę. Rosetta będzie towarzyszyć komecie w jej dalszej podróży ku Słońcu – kolejne odkrycia przed nami.

 

Fot. ESA

 

          

 

 

© Academia nr 4 (40) 2014

 

 

Oceń artykuł
(0 głosujących)

„Academia” 2017

 

„Academia” 2016

    

 

  

 

                                                          

„Academia” 2015

    

 

    

 

                                                             

„Academia” 2014

    

    

„Academia” 2013

    

    

„Academia” 2012

         

     

„Academia” 2011

   

    

„Academia” 2010

    

    

„Academia” 2009

    

    

„Academia” 2008

    

    

„Academia” 2007

    

    

„Academia” 2006

    

    

„Academia” 2005

    

    

Tematy

agrofizyka antropologia kultury antropologia społeczna archeologia archeometalurgia architektura Arctowski arteterapia astrofizyka astronomia badania interdyscyplinarne behawioryzm biochemia biologia biologia antaktyki biologia płci biotechnologia roślin borelioza botanika chemia chemia bioorganiczna chemia fizyczna chemia spożywcza cywilizacja demografia edukacja ekologia ekologia morza ekonomia energia odnawialna etnolingwistyka etnomuzykologia etyka ewolucja fale grawitacyjne farmakologia filozofia finansowanie nauki fizyka fizyka jądrowa gender genetyka geochemia środowiska geoekologia geofizyka geografia geologia geologia planetarna geoturystyka grafen historia historia idei historia literatury historia nauki historia sztuki humanistyka hydrogeologia hydrologia informatyka informatyka teoretyczna internet inżynieria inżynieria materiałowa język językoznawstwo kardiochirurgia klimatologia kobieta w nauce komentarz komunikacja kosmologia kryptografia kryptologia kulinaria kultoznawstwo kultura lingwistyka literatura literaturoznawstwo matematyka medycyna migracje mikrobiologia mineralogia mniejszości etniczne mniejszości narodowe modelowanie procesów geologicznych muzykologia mykologia na czasie nauka obywatelska neurobiologia neuropsychologia nowe członkinie PAN 2017 ochrona przyrody orientalistyka ornitologia paleobiologia paleontologia palinologia parazytologia PIASt politologia polityka społeczna polska na biegunach prawo protonoterapia psychologia psychologia zwierząt Puszcza Białowieska robotyka rozmowa „Academii” seksualność smog socjologia szczepienia sztuka technologia wieś w obiektywie wulkanologia zastosowania zdrowie zoologia zwierzęta źródła energii żywienie

Komentarze

O serwisie

Serwis naukowy prowadzony przez zespół magazynu Academia PAN.Academia Zapraszamy do przysyłania informacji o badaniach, aktualnie realizowanych projektach naukowych oraz imprezach popularyzujących naukę.

 

Dla użytkowników: Regulamin

Pliki cookies

Informujemy, że używamy ciasteczek (plików cookies) w celu gromadzenia danych statystycznych, emisji reklam oraz prawidłowego funkcjonowania niektórych elementów serwisu. Pliki te mogą być umieszczane na Państwa urządzeniach służących do odczytu stron, a korzystając z naszego serwisu wyrażacie Państwo zgodę na używanie cookies, zgodnie z aktualnymi ustawieniami przeglądarki.

Więcej informacji o celu używania i zmianie ustawień ciasteczek w przeglądarce: TUTAJ

Wydanie elektroniczne

Kontakt

  • pisz:

    Redakcja serwisu online
    Academia. Magazyn Polskiej Akademii Nauk
    PKiN, pl. Defilad 1, pok. 2110
    (XXI piętro)
    00-901 Warszawa

  • dzwoń:

    tel./fax (+48 22) 182 66 61 (62)

  • ślij:

    e-mail: academia@pan.pl