Raciborzanie skonstruowali lądownik marsjański. Jest w finale konkursu Red Eagle

Polska can into space!

Projekt Eagle to studencki projekt wielkogabarytowego lądownika marsjańskiego. Działamy jako część Koła Naukowego Pojazdów Niekonwencjonalnych OFF-ROAD przy katedrze Inżynierii Maszyn Roboczych i Pojazdów Przemysłowych na Wydziale Mechanicznym Politechniki Wrocławskiej. Nasze koło od lat pracuje nad łazikami marsjańskimi znanymi pod nazwą Scorpio, które wielokrotnie nagradzane były na prestiżowych zawodach. W tym roku podjęliśmy się większego wyzwania i mamy szansę zaprezentować swoje własne rozwiązanie jednego z największych problemów napotkanych na drodze do kolonizacji Marsa.

Dzięki ciągłemu dążeniu do ulepszania naszych technologii, jak i chęci rozszerzenia naszych działań trafiliśmy na konkurs „Red Eagle - International Student Engineering Contest to Design Mars Lander” organizowany przez Mars Society przy współpracy z NASA. Nauczeni doświadczeniem z naszych wcześniejszych projektów postanowiliśmy przyjąć wyzwanie i rozwiązać problem, który od wielu lat nurtuje wszystkie agencje kosmiczne i blokuje możliwość zasiedlenia nie tylko Marsa, ale i innych pobliskich planet.

Houston, mamy (10 tonowy) problem!

Największym problemem związanym z kolonizacją Marsa jest znalezienie sposobu na wysłanie tam całego niezbędnego wyposażenia. Dotychczas największym ładunkiem, jaki ludzkość dostarczyła na Marsa, był ważący około 1 tonę łazik Curiosity. Bez stworzenia lądownika, który będzie w stanie przetransportować bezpiecznie na powierzchnię Marsa większego ładunku, niemożliwy będzie podbój Czerwonej Planety.

Takie też zadanie zostało postawione studentom przez The Mars Society i NASA. Pod koniec sierpnia ogłoszono wyzwanie, polegające na stworzeniu własnej koncepcji lądownika umożliwiającego dostarczenie na Czerwona Planetę 10 ton ładunku, używając dostępnych lub możliwych do opracowania do 2026 roku technologii.

Na przestrzeni ostatnich lat wielokrotnie udowodniono, że studenci dzięki swoim innowacyjnym pomysłom są w stanie opracować rozwiązania, na które nigdy nie wpadliby specjaliści z wieloletnim stażem. Nasze niekonwencjonalne podejście do wielu dziedzin nauki pozwala nam na spojrzenie na problem z szerszej perspektywy.

Na rozwiązanie problemu mieliśmy tylko kilka miesięcy.

From zero to… space engineers!

Ponieważ żadne nas nie miało doświadczenia w profesjonalnych kosmicznych projektach, musieliśmy włożyć masę pracy i czasu wolnego w każdy, najmniejszy szczegół.
Rozpoczęliśmy od stworzenia nowej, interdyscyplinarnej drużyny. Oprócz mechaników i elektroników stworzyliśmy podzespoły inżynierów materiałowych, biologów oraz fizyków. Musieliśmy się nauczyć także pozyskiwania informacji oraz organizacji tego typu przedsięwzięć. W tym celu nawiązaliśmy współpracę merytoryczną ze specjalistami z takich podmiotów, jak ESA, CERN oraz Mars Society Polska. Oprócz tego uzyskaliśmy także przydatne wskazówki od profesorów na naszej uczelni. Mimo to ilość czasu, który poświęciliśmy na prywatny research i spotkania projektowe, przerósł nasze wszelkie oczekiwania.

Jednak dzięki zaangażowaniu i wytrwałości całej drużyny udało nam się osiągnąć nasz cel - projekt naszego lądownika został wybrany jako jeden z 5 najlepszych projektów z całego świata i przy tym jedyny z Polski, a my zostaliśmy zaproszeni na finał w celu zaprezentowania naszej koncepcji specjalistom NASA i Mars Society. Już w sierpni tego roku będziemy walczyć z naszym projektem o zwycięstwo.

O samym projekcie słów kilka…

Celem konkursu było zaprojektowanie lądownika zdolnego do wylądowania na powierzchni Marsa z 10 tonowym ładunkiem, który będzie mógł być zbudowany i wystrzelony w stronę czerwonej planety nie później niż w 2026 roku. Cały projekt miał być zrealizowany tak, aby jego urzeczywistnienie było jak najprostsze, najbezpieczniejsze, a przede wszystkim - jak najtańsze.

Nasz lądownik został zaprojektowany w ten sposób, aby optymalnie wykorzystać przestrzeń ładowni potencjalnej rakiety nośnej projektowanej przez NASA - Space Launch System. Jako konstrukcję nośną wykorzystaliśmy kadłub półskorupowy, który pozwolił na uzyskanie optymalnego stosunku wymaganej wytrzymałości do masy. Ładownia, która została umieszczona w dolnej centralnej części lądownika, jest jednocześnie windą towarową, co znacznie ułatwia proces rozładunku. Natomiast przestrzeń ładunkowa zaprojektowana jest w ten sposób, że moduł windy bez problemu może być wymieniony na moduł umożliwiający podtrzymanie życia dla ludzi.

Najtrudniejszym zadaniem było opracowanie metody deceleracji statku w trakcie wchodzenia w atmosferę. Zagadnienie to jest trudne ze względu na charakterystykę atmosfery Marsa, która przy większych masach całkowicie wyklucza korzystanie z takich metod hamowania jak np.: spadochrony. Wytracenie prędkości przy użyciu silników (jak miało to miejsce w przypadku lądowań na Księżycu) również nie wchodzi w grę, ze względu na konieczność wykorzystania dużej ilości paliwa rakietowego, a co za tym idzie - bardzo duże koszty (związane głównie z koniecznością transportu paliwa pomiędzy planetami). Jedynym rozsądnym rozwiązaniem jest połączenie kilku metod deceleracji. W naszym projekcie są to: hamowanie aerodynamiczne z wykorzystaniem modułu HIAD (Hypersonic Inflatable Aerodynamic Decelerator) oraz użycie silników rakietowych w końcowej fazie lądowania.

HIAD to moduł, który pozwala na zwiększenie efektywnej powierzchni hamowania aerodynamicznego poprzez wypełnienie gazem kilkunastu materiałowych pierścieni o zwiększającej się średnicy, składających się na stożek. Wykorzystanie tej technologii pozwala na wytracenie znaczącej wartości prędkości. Po wykonaniu swojego zadania moduł jest odrzucany, co pozwala na zmniejszenie masy całego lądownika i finalne lądowanie z wykorzystaniem silników.

Bez innowacji nie obyła się również elektroniczna strona naszego projektu. Postanowiliśmy wykorzystać druk 3D elektroniki, co pozwoliło znacznie zredukować masę układów przy jednoczesnym zachowaniu niskich kosztów produkcji. Drukowana elektronika może być również bardzo cienka, a jednocześnie giętka. Na obecnym stopniu technologicznym można wydrukować już większość czujników używanych w branży kosmicznej np. temperatury, wilgotności, ciśnienia, siły wiatru, promieniowania UV, a także wiele, wiele innych.

Co ciekawe, w dniu wysyłania końcowego raportu do organizatorów konkursu NASA opublikowało film, przedstawiający po raz pierwszy ich koncepcję lądownika marsjańskiego. Z dumą możemy powiedzieć, że pomysłowością dorównujemy największym „mózgom” branży kosmicznej, ponieważ nasza koncepcja podążała w tym samym kierunku.
To mała suma dla człowieka, ale wielka dla Projekt Eagle

Od spełniania naszych marzeń i wzięcia udziału w finale konkursu, który odbywa się w Stanach Zjednoczonych, dzieli nas tylko... spora suma pieniędzy. Potrzebujemy ich na lot i zakwaterowanie dla naszych członków. Szukamy osób i podmiotów, które chciałyby nas wesprzeć. Jako jedna z pięciu drużyn na świecie i jedyna z Polski, będziemy na tych zawodach reprezentować nie tylko naszą uczelnię, ale i cały Polski Sektor Kosmiczny.

Więcej informacji o nas znajduje się na naszej stronie internetowej: www.scorpio.pwr.edu.pl