Bez tej polskiej firmy niektóre misje kosmiczne nie byłyby możliwe

Realizowany na zlecenie OHB Italy kontrakt na budowę 15 urządzeń naziemnego wspomagania oraz mechanizmu separacyjnego na potrzeby misji Comet Interceptor, to jeden z najbardziej zaawansowanych technologicznie projektów w historii firmy i rekordowy pod względem liczby elementów.

Pierwsze z nich mają trafić do integratora satelity już w kwietniu 2024 roku. Satelita Comet z mechanizmem separacyjnym na pokładzie wyruszy w podróż w 2029 roku, by jako pierwsza zbadać komety nowoprzybyłe do naszego układu słonecznego. 

Za prowadzenie misji, finansowanie jej programu naukowego i wyposażenie jej w narzędzia badawcze odpowiada Europejska Agencja Kosmiczna (ESA). W ramach kontraktu Sener Polska odpowie za cały proces, obejmujący projektowanie, produkcję, montaż oraz przeprowadzenie testów urządzeń.

Zestaw MGSE tworzony przez inżynierów Sener Polska będzie składał się z piętnastu elementów, takich jak:

• wielozadaniowy wózek (multi-purpose trolley);
• kontener do transportu sprzętu kosmicznego (spacecraft transport containter);
• specjalistyczny podnośnik (vertical lifting device);
• urządzenie do rozładunku (probes offloading device).

Sprzęty te wezmą udział w przygotowaniach do startu, podczas integracji, testów i transportu sprzętu na pokład statku wynoszącego.

Kontrakt z OHB Italy zakłada również stworzenie modeli lotnych mechanizmu separacyjnego, którego zadaniem będzie uwolnienie umieszczonego na satelicie próbnika PB2, nadanie mu odpowiedniej prędkości liniowej i wprawienie w ruch obrotowy. Dzięki temu próbnik będzie mógł podążać za kometą i prowadzić badania otaczającego ją obłoku gazów i pyłów.

Kiedy myślimy o misjach kosmicznych, głównie przywiązujemy wagę do do rakiet, żeby coś wysłać w kosmos, do urządzeń badawczych, żeby coś tam zmierzyć. Tymczasem państwa firma zajmuje się dostarczaniem urządzeń, które tak naprawdę zajmują się czymś innym. One wręcz umożliwiają stworzenie całej misji i jej przetestowanie. Co to za urządzenia?

To są tak zwane MGSE, czyli Mechanical Ground Support Equipment, czyli urządzenia do wsparcia produkcji, montażu, testów satelitów, instrumentów kosmicznych, różnego rodzaju podzespołów, które później zostają wyniesione w kosmos.

Czyli to są takie podnośniki, podstawki, rusztowania? Jak sobie to można wyobrazić?

Określenie MGSE odnosi się do całej gamy różnych urządzeń, mechanizmów - od adapterów, które są czasami zwykłą płytą z otworami, po urządzenia, które muszą podnosić satelitę, zmieniać jego pozycję, muszą wytrzymywać ekstremalne warunki środowiskowe, wibracje, obciążenia. Są to też różnego rodzaju ramy, które umożliwiają montaż poszczególnych urządzeń na satelicie. Do stworzenia jednego satelity produkowanych jest kilkadziesiąt różnych urządzeń MGSE, które są wykorzystywane podczas integracji i testów.

Normalnie każdy satelita jest unikatowy. Ma swoją własną konstrukcję, wielkość, własne parametry i trzeba do niego to wszystko dopasować. Tak, dobrze to rozumiem?

Tak. Większość misji kosmicznych jest dedykowanych. Być może platformy lub części składowe tych platform się powtarzają, ale każda misja ma swoje unikatowe wymagania. Dlatego większość urządzeń musi być dopasowana do tych wymagań.

Państwo też produkujecie dźwig do tego całego urządzenia? Czy to już sobie już agencje NASA czy ESA zapewniają we własnym zakresie?

To naprawdę zależy od definicji dźwigu. Urządzenia, które tworzymy, też mogą być uznawane jako urządzenie do liftingu, czyli do podnoszenia satelity. Jednak nie są to takie dźwigi, jak sobie wyobrażamy. One w większości zmieniają pozycję. Polega to na tym, że mają zapewnić zmianę pozycji satelity, przenieść go z jednego urządzenia na drugie itd. A jeżeli chodzi o dźwigi, które są wykorzystywane do zamontowania satelity już na rakiecie, to oczywiście już jest element hal integracyjnych, w których są montowane, zestawiane rakiety.

Panowie wspomnieli już np. o odporności na drgania. Chciałem dopytać, jakie są generalnie wymagania dotyczące tych naziemnych urządzeń, dotyczące ich trwałości, ale też takie czysto inżynierskie, dotyczące tolerancji czy powtarzalności działania.

Wymagania są bardzo, bardzo duże. Te urządzenia są skomplikowane chociażby przed te wymagania, bo zwykła, prosta płyta z otworami w przypadku, gdy ma być wykorzystywana do produkcji satelitów lub ich testów, zmienia się w bardzo skomplikowany projekt. Wszystko przez to, że musi mieć odpowiednie współczynniki bezpieczeństwa, musi spełniać odpowiednie warunki pod względem częstotliwości drgań własnych. Musi być odporna na wibracje, bo może być wykorzystywana podczas testów wibracyjnych. Zakres temperatur, w których działają takie urządzenia też często jest bardzo duży, bo nawet od -100, czy nawet -190 stopni Celsjusza, czyli temperatury kriogenicznej, do nawet +100 stopni Celsjusza. Przy tym urządzenie musi zachować swoje właściwości. Nie może przy tym wprowadzać dodatkowych naprężeń na testowane urządzenie lub satelitę. Muszą być zachowane odpowiednie dokładności wykonania tych elementów. Tylko przez te wymagania najprostszy projekt jest bardzo skomplikowany.

Musimy sobie uściślić, że te urządzenia nie lecą w kosmos, ale one są wystawione na działanie tych czynników bardzo niskiej, bardzo wysokiej temperatury czy na drgania w związku z tym, że satelita musi na ziemi przejść testy.

Oczywiście. Jak wysyłamy satelitę lub sondę w kosmos, to jego serwis jest praktycznie niemożliwy lub bardzo skomplikowany. Dlatego musimy na Ziemi przetestować to urządzenie w warunkach, w jakich będzie później pracowało. Satelita przechodzi szereg testów, w tym testy termiczne, próżniowe, wibracyjne, elektromagnetyczne.

Obudowa, czy rusztowanie też musi to wszystko znieść.

Część urządzeń tak. Oczywiście nie wszystkie, bo tak jak wspomniałem, tych urządzeń w trakcie produkcji może być kilkadziesiąt. Nie dla każdego z tych urządzeń stawiane są takie same wymagania. Urządzenia, które są używane w trakcie testów np. termicznych, próżniowych to muszą spełniać takie same wymagania jak testowane urządzenie, satelita, instrument. Tak samo muszą wytrzymać czy odpowiednio działać w próżni. Materiały muszą zostać dobrane tak, żeby nie spowodowały uszkodzenia samego instrumentu. Podczas testów próżniowych zachodzi takie zjawisko jak outgasing. Z materiałów ulatniają się pewne związki, które mogą np. uszkodzić instrument optyczny, który jest bardzo wrażliwy na tego typu zanieczyszczenia.

Podczas misji Comet Interceptor, która jest takim państwa najnowszym zamówieniem, będzie jednak element, który w kosmos poleci. To niezwykle ważny element, a dokładnie mechanizm separacyjny. Czy można to rozumieć jako procę, która w odpowiednim miejscu, w odpowiedni sposób wystrzeli urządzenie pomiarowe?

W pewnym sensie tak. Mechanizm separacyjny, który projektujemy w naszej firmie, ma za zadanie odłączenie próbnika Probe B2 od głównego satelity. Mechanizm ten musi być niezawodny, ponieważ w innym przypadku misja naukowa, którą ma ten próbnik wykonać będzie niemożliwa do zrealizowania.

Jak to wygląda? Czy to jest sprężyna? Czytałem, że ten element ma jeszcze wirować, więc też trzeba go tak trochę podkręcić.

Mechanizm separacyjny ma za zadanie wprawić próbnik w ruch liniowy, a także nadać mu prędkość obrotową, aby umożliwić właściwą separację od głównego satelity. Mechanizm ten składa się z dwóch głównych wsporników, które są przymocowane jeden do głównego satelity, drugi do próbnika i między nimi jest zawarty mechanizm podtrzymująco-zwalniający, który w odpowiednim momencie umożliwi separację. Próbnik ten zostanie odłączony i zostanie wprawiony w ruch głównie z pomocą sprężyn.

A jeśli chodzi o ruch obrotowy to tak trochę będzie się poruszał po jakiś szynach zawiniętych, czy trochę jak kula w gwintowanej lufie pistoletu?

Sprężyny, które nadadzą ruch liniowy i obrotowy, będą ustawione pod kątem, aby umożliwić oba tory ruchu jednocześnie.

Na jakim etapie w tej chwili państwo jesteście? Misja ma się rozpocząć w 2029 roku, ale już w tym roku pewne elementy muszą być dostarczone.

Tak, jeśli chodzi o mechanizm separacyjny aktualnie jesteśmy na etapie zamykania części projektowej i następnie przejdziemy do etapu produkcji, a następnie testów modelu kwalifikacyjnego, który przejdzie szereg testów, aby potwierdzić poprawność zaprojektowanego urządzenia.

Kiedy te testy są planowane?

Te testy modelu kwalifikacyjnego planowane są na lato tego roku.

Państwo projektujecie te urządzenia, ale one nie są przez państwa produkowane. Wynajmujecie do tego firmy, ludzi, którzy się na tej produkcji najlepiej znają.

Jeśli chodzi o części strukturalne, to Sener Polska współpracuje z wieloma polskimi firmami, wieloma warsztatami, w których te części są wytwarzane. Tak samo będzie w przypadku mechanizmu separacyjnego dla misji Comet Interceptor, gdzie cała produkcja elementów strukturalnych będzie w Polsce.

Proszę jeszcze powiedzieć o udziale państwa firmy w budowie Ekstremalnie Wielkiego Teleskopu w Europejskim Obserwatorium Południowym. Teleskop powstaje, państwo też budujecie tam pewne urządzenia?

Tak, jeśli chodzi o projekt ELT, Sener Polska był odpowiedzialny za szereg urządzeń naziemnych do testów dla lustra M2, M3 i M5. Między innymi były to kontenery do transportu luster z Hiszpanii do Chile.

Na bardzo dużą wysokość - mówimy o wysokości właściwie 5 tys. metrów.

Tak, zgadza się. Dlatego kontenery musiały być w odpowiedni sposób zaprojektowane, aby umożliwić bezpieczną podróż z Europy do Ameryki Południowej luster, które będą zamontowane na tym teleskopie.

Na jakim etapie to zamówienie jest realizowane?

Aktualnie wszystkie urządzenia zostały już dostarczone do naszego hiszpańskiego oddziału, który jest w tym wypadku naszym klientem i biorą udział w kampanii testowej dla lustra.

To jeszcze na koniec chciałbym zapytać krótko o doświadczenia misji, które już trwają, czyli misji Juice, Euclid. Jakie stamtąd recenzje i reakcje do państwa płyną w odpowiedzi na urządzenia, które wcześniej państwo dostarczyliście?

Doświadczenie zdobyte w przeszłych projektach takich jak Euclid, czy Juice spowodowały bardzo duży wzrost naszych zdolności i dzięki temu jesteśmy w stanie robić teraz znacznie ciekawsze i bardziej skomplikowane rzeczy. Wszystkie urządzenia, które zostały dostarczone w ramach tych projektów, spełniły swoją rolę. Należy również wspomnieć, że we wrześniu 2024 roku odbędzie się start Prova 3 z indyjskiego kosmodromu, gdzie Sener Polska był odpowiedzialny za mechanizmy podtrzymująco-zwalniające i mechanizmy otwierające panelu słonecznego. Będą to pierwsze mechanizmy zaprojektowane, wyprodukowane i przetestowane przez Sener Polska, które znajdą się w przestrzeni kosmicznej.

Trzymamy kciuki za powodzenie tej misji i za kolejne zamówienia serdecznie Panom dziękuję.

Sener Polska buduje elementy MGSE od ponad dekady. Ma w swoim portfolio 13 takich projektów, w tym udział w misji Euclid, ale też  JUICE i Plato. 

W warszawskim oddziale Sener powstaje również infrastruktura montażowa dla największego na świecie teleskopu: ELT, budowanym w Europejskim Obserwatorium Południowym w Chile (ESO). Zespół Sener Polska zbudował też między innymi mechanizm dokowania IBDM HCS, który w przyszłości posłuży do połączenia statku kosmicznego ze stacją kosmiczną. 

W ramach najnowszego projektu FORUM polscy inżynierowie z Sener zajmą się produkcją czterech urządzeń MGSE, które posłużą do integracji i testów instrumentu optycznego. Mowa tu o:

• Ramie Integracji Instrumentu (Instrument Integration Frame);
• Urządzeniu Podnoszącym Instrument (Instrument Lifting Device);
• Urządzeniu do obsługi testów termiczno-próżniowych (Thermal-Vacuum Fixture);
• Mechanicznym Adapterze Testowym (Mechanical Test Adapter). 

Pierwsza część projektu zakończy się w lipcu, a druga w październiku 2024 roku.

FORUM (Far-infrared Outgoing Radiation Understanding and Monitoring) to dziewiąta misja programu Earth Explorer Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA), mająca na celu pomiar promieniowania podczerwonego emitowanego przez Ziemię w obszarze dalekiej podczerwieni.

Zadaniem misji jest zrozumienie efektu cieplarnianego, poprawienie precyzji ocen zmian klimatu i wsparcie decyzji politycznych dotyczących ochrony środowiska.