Jak działa polskie urządzenie, które dotarło na powierzchnię komety?
Geologiczny penetrator MUPUS lądownika Philae wbije się w powierzchnię komety 67P/Czuriumow-Gierasimienko. Elementy penetratora zyskały swe właściwości mechaniczne dzięki nowatorskim metodom inżynierii powierzchni, rozwijanym na Wydziale Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej Źródło: CBK PANLądownik Philae europejskiej misji Rosetta wkrótce podejmie pierwsze w historii ludzkości badania geologiczne na powierzchni komety. W podłoże wbije się penetrator MUPUS, skonstruowany specjalnie do prac w mikrograwitacji. Jak działa urządzenie skonstruowane przez naukowców z Polski?
Parametry mechaniczne elementów penetratora, gwarantujące jego działanie w ekstremalnych warunkach kosmicznych osiągnięto dzięki metodzie inżynierii powierzchni opracowanej na Wydziale Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej.
Lądownik Philae europejskiej misji Rosetta pomyślnie osiadł na powierzchni komety 67P/Czuriumow-Gierasimienko. Już wkrótce zostaną podjęte pierwsze w dziejach prace geologiczne na powierzchni komety. W jej podłoże wbije się penetrator MUPUS, zbudowany w Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk w Warszawie. Elementy konstrukcyjne MUPUS-a poddano jednej z nowatorskich metod obróbek powierzchniowych, opracowanych na Politechnice Warszawskiej.
Kosmiczny młotek
Penetrator geologiczny MUPUS to elektromagnetyczne urządzenie skonstruowane w taki sposób, aby podczas wbijania trzpienia w powierzchnię komety nie przenosić sił na lądownik. Liczne elementy penetratora wykonano ze stopu tytanu – materiału lekkiego, lecz o stosunkowo niskiej twardości. Aby powierzchnie elementów osiągnęły parametry mechaniczne wymagane dla urządzenia dedykowanego do prac geologicznych, należało je zmodyfikować za pomocą odpowiedniego procesu obróbki powierzchniowej. Warszawscy inżynierowie zaproponowali węgloazotowanie jarzeniowe.
- Trzeba pamiętać, że sam lot sondy do komety zajął 10 lat. Gdy pracowaliśmy nad elementami kosmicznego młotka, węgloazotowanie jarzeniowe stopów tytanu było technologią nowatorską w skali światowej - podkreśla prof. dr hab. inż. Tadeusz Wierzchoń (WIM PW). Węgloazotowanie tytanowych elementów MUPUS-a, polegające na wprowadzaniu atomów azotu i węgla w ich warstwy wierzchnie, zostało przeprowadzone w niskotemperaturowej plazmie poprzez połączenie procesów azotowania i nawęglania jarzeniowego. Dzięki temu procesowi powierzchnia obrabianych detali stała się twarda i odporna na ścieranie. Jednocześnie tak wytworzona dyfuzyjna warstwa powierzchniowa węgloazotka tytanu charakteryzowała się dobrą przyczepnością do podłoża.
Jakość elementów penetratora MUPUS, poddanych obróbce na Wydziale Inżynierii Materiałowej PW, oceniały renomowane instytucje naukowe, m.in. Space Research Institute (Institut für Weltraumforschung, IWF) w Graz w Austrii oraz Max Planck Institute for Aeronomy w Lindau w Niemczech (obecnie Max Planck Institute for Solar System Research).
Kosmos i medycyna
Dziś inżynierowie WIM PW stosują i rozwijają różne procesy obróbek jarzeniowych tytanu i jego stopów (w tym na potencjale plazmy), umożliwiające wytwarzanie m.in. złożonych warstw kompozytowych. Używane obecnie procesy pozwalają zachować pełną kontrolę nad strukturą, składem fazowym i chemicznym oraz gładkością powierzchni wytwarzanych warstw, umożliwiają więc precyzyjne kształtowanie właściwości obrabianych wyrobów w zależności od ich przeznaczenia. Jednocześnie metody te gwarantują wytwarzanie dyfuzyjnych warstw o jednorodnej grubości na detalach o bardzo skomplikowanych kształtach.
- Świetnym przykładem możliwości obróbek jarzeniowych tytanu i jego stopów są elementy pompy wirowej wspomagającej pracę serca, nad którymi obecnie pracujemy. Zawierają one m.in. detale o grubości zaledwie 0,4 mm, z otworami średnicy 0,6 mm. Innymi słowy, mamy do dyspozycji metody inżynierii powierzchni, które można stosować nawet w przypadku obróbki powierzchniowej tych wyrobów, gdzie wymagana tolerancja wymiarowa sięga mikrometrów - mówi prof. Wierzchoń.
Oprócz narażonych na bezpośredni kontakt z krwią elementów pompy wirowej wspomagającej pracę serca i elementów zastawek serca, warszawscy inżynierowie przygotowują m.in. elementy protezy stawu biodrowego, stenty, implanty kostne stymulujące wzrost tkanki kostnej, a także części silników lotniczych i narzędzia o zwiększonej trwałości i niezawodności, wykonane z węglików spiekanych.
Tradycja badań materiałowych na Politechnice Warszawskiej sięga lat 20. XX wieku i prac profesorów Jana Czochralskiego i Witolda Broniewskiego. Obecnie Wydział Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej jest jednym z czołowych ośrodków naukowo-badawczych w Polsce w dziedzinie nauki o materiałach i inżynierii materiałowej. Specjalnością Wydziału są badania in-situ odkształcania próbek z jednoczesną obserwacją za pomocą mikroskopii świetlnej oraz elektronowej skaningowej i transmisyjnej.
Źródło: FOCUS
