Historia PW-Sat2: Studencki projekt podboju kosmosu
- Szczegóły
Czy marzyłeś kiedyś, aby wysłać coś w kosmos? Jest to bardzo, ale to bardzo trudne, ale możliwe. Nawet tutaj w Polsce. Dowodzi tego historia powstania satelity PW-Sat2, którego zaprojektowali i zbudowali studenci Politechniki Warszawskiej.
Artykuł z historią PW-Sat2 powstał w ramach cyklu Kosmiczne Zespoły, w którym to przeprowadzam wywiady z ludźmi, którzy realizują kosmiczne projekty. Nie skupiam się w nich na jednej osobie, choć tak jest może łatwiej i wygodniej, ale staram się wyciągnąć na powierzchnię cały zespół. Nie da się bowiem nic zrobić w kosmosie w pojedynkę, musimy i potrzebujemy działać razem. Historia PW-Sat2 pokazuje to doskonale.
Cel misji PW-Sat2
Dominik Roszkowski (wicekoordynator projektu): PW-Sat2 jest satelitą zbudowanym w standardzie CubeSat, czyli formacie spopularyzowanym przede wszystkim przez studenckie misje. Ważący 2,48 kg PW-Sat2 zajmuje dwie jednostki (2U), z których jedną czwartą zajmuje nasz najważniejszy eksperyment, czyli żagiel deorbitacyjny znajdujący się w zasobniku.
Naszą główną misją jest właśnie przetestowanie skuteczności działania zaprojektowanego przez nas żagla deorbitacyjnego na orbicie. Wyjątkowy mechanizm zostanie zwolniony po przepaleniu linki Dyneema (czyli bardzo wytrzymałego włókna, które jednak jest podatne na przepalenie za pomocą rozgrzanych rezystorów) i spowoduje otwarcie kwadratowego żagla o boku 2 m.
Rozłożenie struktury spowoduje znaczące zwiększenie oporu aerodynamicznego, a tym samym przyspieszenie deorbitacji satelity. Satelita po otwarciu żagla powinien spłonąć w górnych partiach atmosfery w przeciągu kilkunastu miesięcy.
Przeczytaj także: Sterowniki i usterki ASUS K52J
Walka ze śmieciami kosmicznymi
Dominik Roszkowski: Po projekcie pierwszego polskiego satelity PW-Sat (testował on deorbitację za pomocą rozkładanego ?ogona?), który w 2012 roku znalazł się na orbicie, walka ze śmieciami kosmicznymi stała się w pewnym sensie specjalnością Studenckiego Koła Astronautycznego (SKA). Problem ten w ostatnich latach zyskuje coraz większy rozgłos.
Na orbicie pozostaje ok 3 tysięcy satelitów (około 1900 działających) i całe mnóstwo mniejszych obiektów, które są zwykle zupełnie niekontrolowane. Istnieją odpowiednie zalecenia, by satelity po zakończeniu swojej misji opuszczały orbitę w przeciągu 25 lat, jednak nie zawsze jest to respektowane ? zejście z wielu orbit wymaga użycia silników lub innych mechanizmów deorbitacyjnych, a to kosztuje. Największą z zalet naszego rozwiązania jest relatywnie nieskomplikowana konstrukcja przy zachowaniu dużej skuteczności.
Według naszych symulacji PW-Sat2 powinien zdeorbitować po otwarciu żagla w przeciągu kilkunastu miesięcy.
Długi proces tworzenia
Ile czasu trwa projekt z PW-Sat2 od rozpoczęcia prac nad pomysłem do jego wystrzelenia?
Artur Łukasik (wicekoordynator projektu): Projekt rozpoczął się oficjalnie 4 stycznia 2013 roku. W rzeczywistości pierwsze przymiarki miały miejsce już w czerwcu 2012, tzn. w małym gronie w SKA myśleliśmy już nad tym jakie mogą być pomysły na misję PW-Sata2 oraz powoli szukaliśmy trzonu zespołu. Okres od stycznia 2013 do listopada to był czas kiedy planowaliśmy misję bardzo ogólnie i docieraliśmy zespół i myśleliśmy o architekturze systemu. Dzisiaj z rozbawieniem wspominamy naszą pewność siebie.
Przeczytaj także: Zastosowanie wężyków do filtra osmozy
Następnie do końca 2015 roku rozwijaliśmy projekt na papierze, czyli szczegółowe projektowanie misji, podsystemów oraz powiązań pomiędzy nimi. Na początku 2016 roku otrzymaliśmy 180 000 euro od Ministerstwa Nauki, które miały zostać przeznaczone na wyniesienie satelity. W lutym rozpoczęliśmy współpracę z naszym sponsorem strategicznym ? firmą Future Processing z Gliwic, jednocześnie był to początek prac nad oprogramowaniem satelity. W międzyczasie rozpoczęliśmy współpracę z innymi firmami jak np. SoftwareMill, CEZAMAT PW, ARP S.A. i wiele innych.
Podpisanie umowy na wyniesienie PW-Sata2 w kosmos nastąpiło w październiku 2016 roku, a w grudniu 2016 roku dotarły do nas już pierwsze komponenty satelity zamówione do wykonania u zewnętrznych firm. W sierpniu 2017 uruchomiliśmy po raz pierwszy naszego satelitę na stole, tzw. flatsata ? tzn. były to wtedy po prostu połączone ze sobą, leżące na stole, płytki elektroniki, ale był to bardzo ważny moment. W listopadzie odbyliśmy kampanię testową naszego żagla na tzw. Drop Tower w Bremie w Niemczech, gdzie mogliśmy w warunkach mikrograwitacji i próżni sprawdzić działanie naszego żagla.
Składanie lotnego modelu satelity rozpoczęliśmy w połowie 2017 roku, zakończyliśmy go składać 28 lutego 2018. Następnie przechodziliśmy ostateczne testy na lotnym modelu ? testy wibracyjne, testy w komorze próżniowej czy ?wypiekanie satelity?. Od maja bieżącego roku (2018) satelita jest już w całości złożony i przetestowany przed startem. W lipcu pożegnaliśmy PW-Sata w Polsce i pojechaliśmy do Holandii zintegrować go z zasobnikiem w którym poleci w kosmos. Drogę z Holandii do Stanów Zjednoczonych przebył już pod nadzorem firmy, która zapewnia wyniesienie go w kosmos.
Największe wyzwania
Jakie było najtrudniejsze wyzwanie, które pokonaliście, aby stworzyć satelitę PW-Sat2?
Dominik Roszkowski: Na początku zdecydowanie przeceniliśmy nasze siły. Pierwotny pomysł na satelitę w późniejszych etapach okazał się zbyt ambitny i musieliśmy zrezygnować z kilku elementów (wystarczy porównać dokumentację sprzed lat z ostatecznym satelitą). Po indywidualnych konsultacjach z ekspertami z Europejskiej Agencji Kosmicznej po raz kolejny drastycznie uprościliśmy architekturę misji. Na początku brakowało nam też osób doświadczonych w elektronice i oprogramowaniu. Codziennych wyzwań było naprawdę dużo.
Przeczytaj także: Odwrócona osmoza: Twój przewodnik
Projekt prowadzony był zupełnie oddolnie ? Myślę, że udało nam się dzięki ogromnemu zaangażowaniu wielu osób. Projekt prowadzony był zupełnie oddolnie ? przez studentów, którzy włożyli w niego mnóstwo pracy i wielokrotnie poświęcali studia czy pracę na rzecz budowy satelity. Problem kosmicznych śmieci jest na tyle poważny, że wiele innych podmiotów zaangażowało się już w jego rozwiązanie.
Konkurencja i innowacje
Czy PW-Sat2 jest pierwszym satelitą stosującym żagiel deorbitacyjny, czy ktoś już wcześniej testował takie rozwiązanie?
Ewelina Ryszawa (w projekcie od początku jego trwania, przez 4 lata team leader zespołu mechanicznego): Kiedy zaczynaliśmy prace nad PW-Satem wiedzieliśmy że jest kilka grup które myślą o stosowaniu różnych rozkładanych struktur jako metody przyspieszenia deorbitacji na niskich orbitach. Były to jednak pomysły w początkowych fazach, np projekt ?Sunjammer? NASA który rozpoczął się w 2011 ale ostatecznie został zamknięty przed fazą testów lotnego modelu żagla. (Warto zaznaczyć że główna misja PW-Sat2 jest po części kontynuacją misji PW-Sat, gdzie rozkładaną struktura był ogon zbudowany ze sprężyny z nałożonymi na nią elastycznymi fotoogniwami).
W miarę upływu czasu na różnych konferencjach spotykaliśmy się z innymi projektami żagli deorbitcyjnych, zarówno studenckimi jak i profesjonalnymi, np. Za każdym razem jednak okazywało się że żagle te potrzebują znacznie większych ilości energii do rozłożenia się na orbicie ponieważ są m.in. rozwijane z wykorzystaniem silnika elektrycznego. Wymaga to zapewnienia ciągłego dostępu do źródła zasilania podczas otwierania, co może być problematyczne pod koniec życia satelitów (a więc wtedy kiedy żagiel wchodzi w fazę operacyjną).
University of Surrey zbudowało bardzo ciekawego satelitę DeOrbitSail, któremu jednak nie udało się otworzyć żagla. W tym momencie na orbicie znajduje się satelita RemoveDEBRIS zbudowany przez SSTL, który ma na celu przetestowanie różnych technologii usuwania śmieci kosmicznych.
Koszty projektu
Koszt wyniesienia CubeSata o wadze 2,49kg Falconem 9?
Artur Łukasik: Było to ok 135 tys. euro za start wraz z zasobnikiem, w którym PW-Sat2 będzie wyniesiony na orbitę. Te pieniądze dostaliśmy od Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego. Ministerstwo wpłaciło te pieniądze do Europejskiej Agencji Kosmicznej jako powiększenie polskiej składki do ESA, a ESA zorganizowała projekt, którego celem było wyniesienie PW-Sata2 w Kosmos. My sami zostaliśmy wykonawcami kontraktu. Chodziło o to, aby nadzór nad wykonaniem projektu miał ktoś z doświadczeniem, a niestety w naszej administracji to doświadczenie się dopiero buduje, chociaż trzeba przyznać że bardzo szybko. Resztę pieniędzy na zbudowanie i przetestowanie PW-Sata2 musieliśmy już zdobyć z innych źródeł.
Koszt startu to około 50-66% całego kosztu projektu. Oczywiście w naszym projekcie udało nam się ominąć koszty które stanowią zazwyczaj znaczną większość w projektach kosmicznych ? czyli koszty pracy inżynierów.
Rada dla przyszłych konstruktorów satelitów
Załóżmy, że czyta nas student, który chciałby wysłać własnego satelitę w kosmos.
Artur Łukasik: Zapraszamy na Politechnikę Warszawską i do Studenckiego Koła Astronautycznego przy wydziale MEiL lub też do współpracy z nami ? w naszym zespole mieliśmy dwóch studentów Krakowskiej AGH, którzy należeli do trzonu naszego zespołu. Samemu własnego satelity w Kosmos praktycznie nie da się wysłać. To jest działalność zespołowa.
Wielokrotnie zadawaliśmy sobie to pytanie ? jak to się stało, że akurat nam się udało i to po raz drugi na Politechnice Warszawskiej. Studenci z innych uczelni przecież też chcą budować satelity. Myślę, że dobrze naszą sytuację oddaje cytat peryfraza Newtona ? sięgnęliśmy wysoko bo stoimy na ramionach gigantów. SKA działa od ponad 20 lat. To oznacza, że do wysłania pierwszego satelity, studenci pracowali 15 lat od założenia Koła, ale przecież ludzie zmieniają się w Kole średnio pewnie co 3-5 lat. To, co wyróżnia SKA to kultura przekazywania wiedzy. Nasi starsi koledzy i koleżanki brali udział w tzw. lotach parabolicznych ESA, potem w projektach studenckich satelitów: YES2, SSETI-EXPRESS, ESEO i ESMO, w edukacyjnych projektach ESA na balonach i rakietach stratosferycznych, w konkursach łazików i wielu innych podobnych projektach. Na szczęście byli oni nie tylko ambitni, ale też myśleli o przyszłych pokoleniach kołowiczów. Dzięki nim, dzięki wiedzy, którą zdobywali i potem przekazywali młodszym, SKA mogło osiągać coraz więcej i mierzyć coraz wyżej.
Czy to znaczy, że teraz wszyscy muszą 20 lat pracować na swoje satelity? Na szczęście myślę, że nie jest tak źle. Chociażby jesteśmy my ? członkowie PW-Sata2. Staramy się udostępnić całość naszej dokumentacji, którą stworzyliśmy pracując nad PW-Satem2, publicznie w internecie, na naszej stronie www. Udostępniamy te materiały mimo tego, że teraz ? jak już większość z nas pracuje profesjonalnie w branży kosmicznej ? mogłoby nam być wstyd za to co pisaliśmy na początku projektu 5-6 lat temu. Ale właśnie dzięki temu widać jak się uczyliśmy i jak się rozwijaliśmy i to powinno dodać otuchy wszystkim, którzy sami chcą spróbować swoich sił z tym szalonym pomysłem ? aby wysłać coś w Kosmos.
Warto czytać dokumentację innych zespołów na świecie, i przede wszystkim pytać wszystkich, którzy mogą wiedzieć więcej oraz nie bać się prosić o pomoc ? nam pomagali ludzie z Centrum Badań Kosmicznych czy Europejskiej Agencji Kosmicznej. Budowa satelity, nawet studenckiego, to bardzo skomplikowany i długi proces i trzeba mieć stały, bardzo zdeterminowany zespół, który będzie w stanie zaangażować się na kilka lat po kilka-kilkanaście godzin tygodniowo na osobę. My mieliśmy po prostu szczęście, że taki zespół się nam trafił, ale nie zawsze to jest oczywiste.
Jakich ludzi potrzeba?
Jakich ludzi potrzeba do stworzenia satelity takiego jak PW-Sat2?
Ewelina Ryszawa: Potrzeba ludzi o wielu specjalnościach, przede wszystkim elektroników (zawsze cierpieliśmy na ich brak!), mechaników, programistów, inżynierów od termiki. W trakcie trwania projektu bardzo pomogło nam to że wiele osób miało bardzo interdyscyplinarne zainteresowania i było łącznikami na styku kilku specjalności.
Budowanie zespołu
Jak zebraliście zespół odpowiednich ludzi?
Ewelina Ryszawa: Na początku ogłosiliśmy w naszym kole naukowym informację, że rozpoczynamy budowę PW-Sata2 i zapraszamy wszystkie zainteresowane osoby na spotkania. Po pierwszych spotkaniach wyklarowała się grupa ok 8-9 osób bardzo mocno zaangażowanych w projekt. Po kilku miesiącach rozpoczęliśmy rekrutację kolejnych członków na Politechnice Warszawskiej i tak z każdym rokiem przybywało osób w projekcie, później dołączyły do naszego zespołu również osoby spoza Politechniki Warszawskiej (m.in. z AGH czy z firmy Future Processing, która zdecydowała się wspierać nas finansowo i merytorycznie).
Przez prawie 6 lat trwania projektu przewinęło się przez niego około 100 osób ale główny trzon zespołu to grupa ok 25 osób. Spędziliśmy ze sobą bardzo dużo czasu, niektóre zespoły spotykały się praktycznie codziennie (np. podczas integracji) dlatego udało się nam świetnie zgrać i nawiązało się wiele przyjaźni. W tym momencie niektórzy pracują wspólnie w polskich firmach kosmicznych, spotykamy się też chętnie poza projektem.
Podsumowanie kosztów projektu PW-Sat2
| Element projektu | Koszt | Źródło finansowania |
|---|---|---|
| Wyniesienie satelity (start i zasobnik) | 135 000 euro | Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego (przez ESA) |
| Budowa i testowanie satelity | brak dokładnej kwoty | Sponsorzy, partnerzy (np. Future Processing), inne źródła |
tags: #odwrocona #tęcza #zbylitowska #góra
