Stworzona przez polskich naukowców kosmiczna koparka pomoże w pracach na Księżycu

Tworzony przez polskich naukowców kosmiczna koparka do wydobywania księżycowego regolitu pomyślnie przeszedł testy w warunkach lotu parabolicznego – imitującego warunki analogiczne do księżycowej grawitacji – przekazała Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka, rzecznik CBK PAN.

Kosmiczna koparka stworzona przez polskich naukowców

.Projekt badający zachowanie regolitu księżycowego i urządzeń do jego pozyskiwania w warunkach grawitacji zbliżonej do tej na powierzchni Księżyca jest realizowany przez konsorcjum w składzie: Centrum Badań Kosmicznych (CBK) PAN, Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie oraz firma Spacive. Testy odbyły się w ramach 88. kampanii lotów parabolicznych Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA). 

Regolit to wierzchnia, pylasta warstwa Księżyca, która może być ważnym elementem dla przyszłych misji załogowych na Srebrnym Globie. Pył ten składa się głównie z tlenu, krzemu, żelaza, wapnia, tytanu, glinu i magnezu.

– Operacje na powierzchni Księżyca stawiają wyjątkowe wyzwania – niższa grawitacja, ograniczenia masy i mocy, ekstremalne temperatury oraz próżnia znacząco wpływają na mechanikę gruntów. Loty paraboliczne, podczas których przez kilkadziesiąt sekund odtwarzane są warunki grawitacyjne panujące na Księżycu, dają unikatową możliwość przeprowadzenia badań interakcji pomiędzy regolitem a urządzeniami mechanicznymi w realistycznych warunkach – tłumaczyła rzecznik CBK PAN Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka. 

Jak dodała, polskie instytucje naukowe rozwijają technologie wydobycia regolitu księżycowego, a „szczególną rolę odgrywa tu projekt DIGGER, realizowany przez Centrum Badań Kosmicznych PAN (CBK PAN) we współpracy z Europejską Agencją Kosmiczną (ESA)”. 

W ramach projektu opracowano urządzenie Rotary Clamshell Excavator (RCE) – mechaniczny próbnik regolitu, który uzyskał poziom gotowości technologicznej TRL 6. Jak tłumaczyła rzecznik, oznacza to, że urządzenie jest funkcjonalnym prototypem, który przeszedł testy środowiskowe (np. drgania startowe, pył, temperatura), ale jeszcze nie zostało przetestowane w warunkach rzeczywistej grawitacji księżycowej – stąd potrzeba eksperymentów w locie parabolicznym.

Na potrzeby kampanii ESA opracowano zestaw eksperymentalny PETER (Planetary Excavation Technology vERification system), które zostały wykonane podczas lotów parabolicznych. W skład zestawu wchodzą: urządzenie RCE, komora testowa do cięcia regolitu ostrzem, bęben obrotowy do analizy kąta usypu, symulanty regolitu oraz szczelna obudowa zabezpieczająca sprzęt i załogę przed pyłem.

Projekt PETER-PFC koncentruje się na pięciu kluczowych zagadnieniach naukowych. To m.in.: wyznaczenie parametrów geotechnicznych regolitu, ocena wydajności urządzenia Rotary Clamshell Excavator, zbadanie wpływu różnych symulantów regolitu na mechanikę cięcia czy porównanie wyników badań w grawitacji ziemskiej i księżycowej.

Eksploracja Księżyca

.W ocenie naukowców z CBK PAN, badania te wpisują się w kluczowe pytania dotyczące przyszłej eksploracji Księżyca, w tym przygotowania technologii dla In Situ Resource Utilisation (ISRU), czyli lokalnego pozyskiwania zasobów niezbędnych do budowy infrastruktury, produkcji paliw czy wspierania misji załogowych.

– Eksploracja kosmosu coraz częściej opiera się na wykorzystaniu lokalnych zasobów, co obniża koszty i zwiększa autonomię misji. Koncepcja ISRU (In-Situ Resource Utilisation) obejmuje pozyskiwanie, przetwarzanie i wykorzystanie surowców bezpośrednio w przestrzeni kosmicznej. W działania te zaangażowane są czołowe agencje – NASA w programie Artemis oraz ESA w inicjatywie Terrae Novae – wyjaśnił dr hab. inż. Karol Seweryn z Centrum Badań Kosmicznych PAN, kierownik projektu.

Dodał, że „kampania wypadła znakomicie i pozwoliła zebrać cenne dane”. Udało się m.in.: przeprowadzić testy urządzenia RCE podczas kopania w symulancie regolitu w warunkach grawitacji księżycowej, przeprowadzić pomiary parametrów geotechnicznych regolitu, w tym kąta usypu i cech wytrzymałościowych, a także przygotować i wyszkolić operatorów lotnych.

– Można powiedzieć, że odebraliśmy dobrą lekcję obejmującą zarówno procesy inżynierskie, operacyjne, jak i organizacyjne – kluczowe dla przyszłych kampanii i prac badawczych – ocenił Karol Seweryn.

Cytowany przez CBK PAN Neil Melville, menedżer lotów parabolicznych ESA, podkreślił wysoką wartość opisywanego eksperymentu. „Wskazał, że układ testowy RCE został poprawnie przygotowany, a wszystkie kluczowe funkcje – od procesu kopania, po resetowanie własności geotechnicznych symulantu – działały zgodnie z założeniami” – podano.

Pokojowe korzystanie z zasobów Układu Słonecznego

.Amerykański planetolog, Guy CONSOLMAGNO, na łamach „Wszystko co Najważniejsze” twierdzi, że: „Odkryto już jakieś pół miliona asteroid, większość z nich krąży po orbitach między Marsem a Jowiszem. Większość z nich ma promień nieprzekraczający ok. 10 km. W oparciu o badania rozkładu wielkości asteroid można oszacować ogólną liczbę wszystkich asteroid, w tym tych, które są zbyt małe, aby mogły zostać odkryte, zazwyczaj o średnicy mniejszej niż 10 km. Oczywiste jest, że mniejsze ciała są liczniejsze, a najwięcej jest asteroid zbyt małych, aby mogły być łatwo wykryte z Ziemi”.

„Wniosek ten jest szczególnie istotny, kiedy badamy niewielki podzbiór tych asteroid, które wyróżniają się tym, że krążą po orbitach od pasa planetoid i przecinają orbitę Ziemi. Kilka tysięcy tych obiektów jest już znanych. Istnieje program badawczy, którego celem jest umożliwienie śledzenia orbit co najmniej 90 proc. tych obiektów. Ponieważ zbliżają się na niewielką odległość od naszej planety, wiele z nich, bliskich Ziemi (NEO – Near Earth Objects), o średnicy zaledwie kilkudziesięciu metrów, zostało zaobserwowanych za pomocą teleskopów, a nawet radarów. Już teraz znajdujemy mniej więcej jeden mały obiekt typu NEO na miesiąc, zbliżający się do Ziemi na odległość Księżyca. Szacujemy, że musi istnieć wiele tysięcy obiektów podobnych wielkością do tego, który eksplodował nad Czelabińskiem, ale które nie zostały jeszcze odkryte”.

„Jakie surowce warte eksploatacji znajdziemy w tych asteroidach? Możemy zgadywać, że skład asteroid odpowiada składowi meteorytów. Ok. 10 proc. masy zwykłego meteorytu stanowią metale, głównie żelazo i nikiel, ale są tam również znaczne ilości cenniejszych metali, takich jak złoto, platyna, miedź, srebro czy cynk. Jeśli założymy, że w przeciętnej asteroidzie te metale występują w takich proporcjach jak w meteorytach, i sprawdzimy rynkową wartość tych metali, to możemy obliczyć wartość całej asteroidy”.

„Wyniki są oszałamiające. Nawet w przypadku asteroidy o średnicy zaledwie jednego kilometra samo żelazo stanowi 100 milionów ton materiału. Biorąc pod uwagę wartość tony tego surowca, można zauważyć, że jest ona warta dziesiątki miliardów dolarów. Żelazo stanowi tylko część asteroidy; metalowi temu towarzyszą również znacznie rzadsze metale, takie jak platyna i złoto. Można by oczekiwać, że taka asteroida byłaby dodatkowo źródłem metali o wartości ponad 20 miliardów dolarów”.

„Jednak rzut oka na tę kalkulację uświadamia, że jest ona dosyć naiwna. Oczywiście nie odzwierciedla ona w najmniejszym stopniu, jak pojawienie się nowego, tak obfitego źródła wpłynęłoby na rynki tych surowców. Trzeba też uwzględnić, jak kosztowne byłyby faktyczne dotarcie do takiej asteroidy, jej eksploatacja i powrót z urobkiem na Ziemię” – pisze Guy CONSOLMAGNO w tekście „Pokojowe korzystanie z zasobów Układu Słonecznego” – cały artykuł [LINK]

PAP/eg