Trzy międzynarodowe grupy studentów zakwalifikowały się do finału prestiżowego konkursu ESA Moon Challenge. Ich zadaniem było zaprojektowanie misji eksploracji Księżyca. Wśród najlepszych zespołów znalazł się HECATE tworzony przez studentów z Włoch, Wielkiej Brytanii, Japonii, USA i Politechniki Wrocławskiej – z zespołu Space is More

Europejska Agencja Kosmiczna tym razem postawiła przed studentami z całego świata zadanie zaprojektowania misji eksploracji Księżyca o załogowym i robotycznym charakterze. Oznacza to, że zespoły musiały zaproponować rozwiązania, dzięki którym astronauci dostaną się do stacji kosmicznej i stamtąd będą prowadzić badania na powierzchni Księżyca za pomocą zaawansowanych technologii.

Wyzwanie ESA podjęło kilkadziesiąt grup z całego świata. Warunkiem stworzenia zespołu było to, by składał się ze studentów z przynajmniej dwóch kontynentów.
Do finału Europejska Agencja Kosmiczna zakwalifikowała trzy grupy: Synergic Selene, Team HARVeSt i HECATE. Ich członkowie w połowie grudnia pojadą do Holandii, gdzie mieści się siedziba ESA. Wezmą udział w sympozjum „Moon 2020-2030” i przedstawią swoje rozwiązania jury konkursowemu podczas oficjalnej prezentacji. 

Wśród członków zespołu HECATE jest troje studentów naszej uczelni – Dorota Budzyń (Wydział Mechaniczny), Agata Mintus (Wydział Architektury) i Szymon Gryś (Wydział Elektroniki). Na co dzień działają w grupie Space is More, która ma już na swoim koncie kilka projektów kosmicznych, takich jak załogowa misja na Marsa czy marsjański habitat.

Do udziału w księżycowym projekcie zaprosił ich Włoch studiujący w USA, którego Dorota Budzyń poznała latem na Uniwersytecie w Stuttgarcie podczas warsztatów projektowania stacji kosmicznych. – Nasz zespół stworzyło ostatecznie 14 osób z Włoch, Wielkiej Brytanii, Japonii, Stanów Zjednoczonych i Polski, a zatem aż z trzech kontynentów – opowiada Dorota.

Studenci zaproponowali umieszczenie załogowej stacji kosmicznej w punkcie libracyjnym Księżyca EML2. To miejsce, w którym przyciąganie Ziemi i Księżyca się równoważy, a zatem stacja przy minimalnym zużyciu energii utrzyma tam swoją pozycję w przestrzeni. Jednocześnie specyfika punktu libracyjnego pozwala na traktowanie go jako dogodny punkt tranzytowy. Wystarczy bowiem niewielka ilość energii, by wysyłać stamtąd astronautów czy sondy w odleglejsze miejsca w przestrzeni kosmicznej. 

– To zarazem bardzo dobre miejsce do obserwacji dalekiej, czyli tzw. ciemnej strony Księżyca, niewidocznej z Ziemi – tłumaczy Szymon. – Astronauci będą też mogli swobodnie sterować stamtąd robotami umieszczonymi na powierzchni Księżyca, nie musząc polegać na przekazie z ziemskich satelit, który ma zawsze sekundę opóźnienia, ani liczyć się z zanieczyszczeniami radiowymi.

HECATE zakłada wysłanie kilku rakiet w przestrzeń kosmiczną, które następnie połączą się, tworząc stację za orbitą Księżyca. W jej wnętrzu ma pracować czterech astronautów, którzy spędzą tam kilkaset dni. Będą operować łazikami marsjańskimi wysłanymi na księżyc dwoma lądownikami. 

- A te wylądują w pobliżu krateru Shackleton na południowym biegunie Księżyca, gdzie znajdują się kratery wiecznie zacienione. Dziś uważa się, że mogą się tam kryć pokłady wodoru – opowiada Szymon Gryś. – Łaziki zajmą się pobieraniem najróżniejszych próbek z powierzchni Księżyca, które zostaną następnie przebadane. Inne będą drukować w technologii druku 3D niewielkie kostki, wykorzystując do tego księżycowy regolit, czyli tamtejszą „ziemię”. Ddzięki analizom i próbom wytrzymałościowym takich kostek możliwe byłoby zaplanowane w przyszłości wydrukowania lądowiska na powierzchni Księżyca właśnie z jego regolitu.

Studenci planują użycie czterech łazików:  dwóch do pobierania próbek, jednego będącego drukarką 3D i jednego z dwoma ramionami robotycznymi (do prac wymagających większej precyzji).

W swoim projekcie studenci mogli wykorzystywać wyłącznie rozwiązania i komponenty już istniejące oraz takie, które będą używane w przemyśle kosmicznym w 2020 r. Zaplanowali więc skorzystanie m.in. z modułu Cupola, znanego z Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, który tam służy jako punkt obserwacyjny na zewnątrz stacji i na powierzchni Ziemi, a w studenckim projekcie byłby skierowany na powierzchnię Księżyca. HECATE założyła także wysłanie potrzebnego sprzętu znacznie większymi rakietami nie te, które dziś są wysyłane w kosmos. 

Architektura misji studenckiego zespołu ma charakter „open ended”, co oznacza, że stanowi bazę, którą można rozbudowywać w przyszłości. – W dokumentacji pokazujemy, w jakich kierunkach można ją rozwijać, ale nie wskazując konkretnych rozwiązań, które dzisiaj mogą być jeszcze niemożliwe, ale za kilka czy kilkanaście lat będą – tłumaczy Szymon Gryś.

Praca nad projektem trwała zaledwie miesiąc – tylko tyle czasu dała studentom Europejska Agencja Kosmiczna. – To był naprawdę bardzo intensywny okres – podkreśla Szymon Gryś. – Kilka razy w tygodniu spotykaliśmy się na Skypie albo Hangouts. Ponieważ mieszkamy na trzech różnych kontynentach, rozmowy na żywo były możliwe tylko między 14 a 18 polskiego czasu. Działaliśmy w podgrupach, skupiając się na poszczególnych elementach misji, które podzieliliśmy między siebie, a raz na tydzień podgrupy relacjonowały sobie przebieg prac. Współpraca między nami musiała być bardzo ścisła, by nasze działania uzupełniały się. Przykładowo podgrupa naukowa wskazała nam miejsce do lądowania na powierzchni Księżyca, analizując, jakie będzie dla nas najlepsze. Na tej podstawie inna podgrupa projektowała lądownik, jednocześnie konsultując z podgrupą zajmującą się rakietami, jak duży może być ten lądownik, by zmieścił się na ich pokładzie, itd.
Z racji odległości dzielących studentów, większość członków grupy HECATE po raz pierwszy spotka się twarzą w twarz dopiero na finale konkursu.

Zwycięzcy ESA Moon Challenge dostaną propozycję współpracy przy projektach kosmicznych prowadzonych przez Europejską Agencję Kosmiczną. Studencki konkurs jest więc dla agencji okazją do wyłowienia nowych talentów, a jednocześnie szansą na spojrzenie świeżym okiem na rozwiązania stosowane w jej misjach.

Lucyna Róg