Wizualizacja wiertnicy. Źródło: AGH Poszukiwanie wody albo śladów życia pod powierzchnią Marsa? Zbadanie przeszłości geologicznej Księżyca? Takich badań nie da się wykonać bez odpowiedniego sprzętu. Polscy naukowcy mają już prototyp kosmicznej wiertnicy, dzięki której można będzie się wgryźć w grunt ciał niebieskich.
Wyobraźmy sobie, że bezzałogowa misja ląduje na Marsie. Ma wykonać badania niezbędne do tego, by potem wysłać na Czerwoną Planetę również pierwszych ludzi. Maszyny muszą samodzielnie wykonać badania geologiczne i znaleźć miejsce, w którym można będzie ulokować później bazę kosmiczną. Aby ograniczyć koszty misji załogowej, najlepiej byłoby zlokalizować ją w miejscu, gdzie pod powierzchnią gruntu znajdowałaby się zamarznięta woda. Pozwoliłoby to uniknąć konieczności transportu wody i tlenu z Ziemi i związanych z tym dodatkowych kosztów. Aby jednak móc odnaleźć wodę pod powierzchnią, niezbędna okazuje się kosmiczna wiertnica. Urządzenie to samo musi znaleźć właściwe miejsce do wykonania otworu, wwiercić się w grunt na metr głębokości i pobrać próbki do analizy.
To tylko jeden z potencjalnych scenariuszy badań kosmicznych, jakie mogą być prowadzone na innych obiektach niebieskich, ale już w kilku zespołach na świecie trwają prace nad stworzeniem sprzętu, który poradziłby sobie w takich trudnych warunkach. W wyścigu biorą udział również polscy badacze z Centrum Badań Kosmicznych PAN w Warszawie i z Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. Opracowali już prototyp kosmicznej wiertnicy.
Schemat modułu wiercącego. Źródło: AGH Dr Adam Zwierzyński z Wydziału Wiertnictwa, Nafty i Gazu, Katedra Wiertnictwa i Geoinżynierii AGH, opowiada w rozmowie z PAP, że kosmiczna wiertnica to urządzenie, dzięki któremu sporo można byłoby się dowiedzieć o danym obiekcie niebieskim. Wystarczy wwiercić się nawet trochę w grunt jakiejś planety czy asteroidy, aby poznać nawet tysiące lat historii geologicznej tego obiektu. W przypadku Marsa można byłoby np. prześledzić zmiany klimatyczne, odnaleźć ślady zamarzniętej wody, czy nawet poszukiwać śladów życia.
"Nie szukamy oczywiście wyżej rozwiniętych form życia - jakichś kosmitów czy E.T... Ale nie możemy wykluczyć, że pod powierzchnią gruntu są jakiegoś rodzaju prymitywne mikroorganizmy" - przyznał Zwierzyński. Dodał, że badania gruntu na obiektach Układu Słonecznego mogą pomóc w znalezieniu cennych złóż. Pomogą też w zlokalizowaniu surowców, które mogą w przyszłości przydać się podczas podróży kosmicznych (np. do wytworzenia na miejscu paliwa napędzającego silniki statku kosmicznego).
Dr hab. Tomasz Buratowski z Wydziału Inżynierii Mechanicznej i Robotyki AGH w rozmowie z PAP podkreślił z kolei:
"Wiertnicy można też używać w warunkach ziemskich - na terenach niedostępnych dla człowieka - np. w pobliżu wulkanów, na lodowcach czy do inspekcji zagrożonych wałów przeciwpowodziowych". Zaznaczył, że urządzenie, nad którym pracują badacze, jest autonomiczne. Potrafi więc samo - bez zdalnego sterowania - trafić do zadanego punktu omijając przeszkody, wykonać otwór, podzielić i pobrać próbki, zabezpieczyć i przekazać je do bazy.
Badacze w pracach nad urządzeniem musieli zmierzyć się z wieloma wyzwaniami. Ważne było m.in. to, by urządzenie było lekkie i zajmowało jak najmniej miejsca.
"Koszty wysłania w przestrzeń kosmiczną każdego kilograma ładunku są gigantyczne" - zwracał uwagę dr Zwierzyński. Buratowski poinformował, że wiertnica jest rzeczywiście niewielka - waży tylko 21 kg i zmieści się w sześcianie o boku 1,5m. Pozwoli na wykonywanie otworów do głębokości 1,8-2m. Naukowiec zaznaczył, że nie zawsze wykonanie otworu jest proste - jeśli grunt jest sypki, trzeba zabezpieczać wnętrze otworu specjalnymi taśmami tak, by otwór się nie zasypywał.
Innym wyzwaniem, z jakim musieli się zmierzyć naukowcy, była energooszczędność. Docelowe rozwiązanie kosmiczne będzie musiało być zasilane energią słoneczną. Z tego powodu dostępna moc, z jaką musi pracować, jest skromna (do 100 watów). To na tyle niewiele, że wiertnica nie poradzi sobie jeszcze z bardzo twardymi materiałami. Na razie jest w stanie wwiercić się w materiały o wytrzymałości na ściskanie najwyżej rzędu 25 MPa. Poradziłaby sobie więc z lodem czy niektórymi rodzajami betonu.
"To mało, ale na razie nawet najlepszym zespołom na świecie nie udaje się przy takich restrykcyjnych ograniczeniach mocy i masy urządzenia wiercić w twardszych materiałach” - przyznał dr Zwierzyński. Zaznaczył, że na jego wydziale prowadzone są prace nad dalszym doskonaleniu narzędzi wiercących i technologii wiercenia w tych trudnych warunkach.
"Opracowaliśmy dopiero prototyp, ale pokazuje on, w którą stronę możemy pójść" - powiedział dr Zwierzyński. Zaznaczył, że jeśli inwestorzy będą zainteresowani technologią, można ją dostosować do pracy w konkretnych trudnych warunkach - czy to na innych planetach, na Księżycu czy w niedostępnych miejscach kuli ziemskiej. Możliwe są też inne zastosowania w zależności od potrzeb potencjalnego klienta.
"Poza tym dzięki tego typu badaniom pokazujemy innym krajom i np. Europejskiej Agencji Kosmicznej, że Polska ma potencjał. Że w naszym kraju prowadzi się projekty, które są w awangardzie techniki. Zyskujemy w ten sposób szansę na to, że polskim badaczom powierzać się będzie realizację większych, coraz bardziej prestiżowych projektów" - podsumował.
Źródło: www.naukawpolsce.pap.plPAP - Nauka w Polsce,
Ludwika Tomala
