Dodano: 24 lutego 2021r.

Satelita PW-Sat2 zbudowany na Politechnice Warszawskiej spłonął w atmosferze

Po 813 dniach spędzonych w przestrzeni kosmicznej satelita PW-Sat2 spłonął w ziemskiej atmosferze. Satelita zbudowany przez studentów z Politechniki Warszawskiej testował w kosmosie żagiel deorbitacyjny. Rozwiązanie to w przyszłości może pomóc ograniczyć problem powstawania tzw. kosmicznych śmieci - urządzeń, które zakończyły swoją misję, ale pozostając na orbicie zagrażają czynnym orbiterom czy Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.

Satelita PW-Sat2

 

Opracowany w Studenckim Kole Astronautycznym działającym na Politechnice Warszawskiej innowacyjny system deorbitacji, mający postać żagla o powierzchni czterech metrów kwadratowych, zdał egzamin. Ostatni komunikat odebrany przez stację naziemną w Gliwicach został odebrany w nocy 23 lutego. Deorbitacja nastąpiła prawdopodobnie rankiem tego dnia.

Kosmiczne śmieci

Odpady są problemem nie tylko na Ziemi, ale także na orbicie okołoziemskiej, gdzie rosnąca liczba kosmicznych śmieci pędzi z oszałamiającą prędkością. Mogą stanowić one poważne zagrożenie dla Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS), jak i dla działalności satelitów.

Według danych NASA z 2013 roku, na orbicie okołoziemskiej krąży ponad 500 tysięcy fragmentów kosmicznego gruzu różnej wielkości. Co najmniej 20 tysięcy z nich jest większych od piłki do baseballu, ale są też znacznie większe, jak chociażby porzucone satelity czy fragmenty rakiet kosmicznych, kawałki powłoki wahadłowców, człony rakiet z misji Apollo oraz 32 reaktory atomowe, które niegdyś zasilały satelity. Zważając na ich prędkość, nawet najmniejsze odpadki mogą uszkodzić statek kosmiczny czy satelitę.

W 2015 roku na astronautów przebywających na ISS padł blady strach w związku z grożącą kolizją z fragmentami starego rosyjskiego satelity. Zagrożenie zostało zbyt późno wykryte i nie było czasu na manewry stacją. Załoga zdążyła jedynie uszczelnić moduły i przenieść się do kapsuły Sojuza, w której mogliby bezpiecznie wrócić na Ziemię. Na szczęście nic się nie stało, ale zagrożone było życie astronautów, nie mówiąc już o sprzęcie wartym setki miliardów dolarów.

Wraz z rozwojem przemysłu kosmicznego oraz coraz większą liczbą misji kosmicznych potrzeba uporania się z kosmicznym gruzem staje się coraz bardziej nagląca. Pomysłów na kosmiczne śmieci jest wiele. Uczeni przedstawiali już m.in. koncepcje potężnych magnesów, które miałyby przyciągać metalowe odpadki, siatek, które miałyby wyłapywać zużyte elementy, a nawet harpunów, które po celnym strzale przyciągnęłyby odpadki w bezpieczne miejsce.

Żagiel deorbitacyjny

Studenci ze Studenckiego Koła Astronautycznego (SKA) Politechniki Warszawskiej zaprojektowali bardzo proste rozwiązanie, zapobiegające pozostawaniu na orbicie niepotrzebnych satelitów po wykonaniu swojej misji. To tzw. żagiel deorbitacyjny, który po rozłożeniu zwiększa opór aerodynamiczny powodując szybki obniżenie orbity, a w konsekwencji spalenie satelity w atmosferze Ziemi w ciągu kilku miesięcy.

– Celem żagla deorbitacyjnego jest zwiększenie powierzchni satelity, a co za tym idzie oporu aerodynamicznego, dzięki czemu PW-Sat2 obniży swoją orbitę, by docelowo spłonąć w atmosferze. Taki system pozwala przyspieszyć ok. 20-krotnie zwolnienie miejsca na orbicie po zakończeniu misji satelity. Zastosowanie systemu deorbitacyjnego na przyszłych satelitach pomoże rozwiązać problem powstawania śmieci kosmicznych. Jesteśmy przekonani, że pomyślny przebieg testu wspomoże późniejszą komercjalizację naszego rozwiązania – mówiła w 2018 roku Inna Uwarowa, koordynatorka projektu.

System deorbitacyjny testowany był na satelicie PW-Sat2, który został wyniesiony na orbitę w grudniu 2018 roku przy pomocy firmy Elona Muska SpaceX i ich rakiety Falcon 9. Podczas misji przetestowane zostały wszystkie podzespoły satelity: układ zasilania, układ komunikacji, komputer pokładowy, kamery oraz czujniki Słońca i promieniowania kosmicznego. PW-Sat2 wykonał nawet fotografię Ziemi, która przejdzie do historii, jako pierwsze zdjęcie naszej planety wykonane przez polskiego satelitę (więcej na ten temat w tekście: Pierwsza fotografia Ziemi satelity PW-Sat2).

Struktura żagla trafiła na orbitę zamknięta w zasobniku o średnicy ok. 8 cm. W ciągu ok. pół sekundy od sygnały z Ziemi o uwolnieniu, żagiel rozwinął się do rozmiarów 2×2 m znacznie zwiększając powierzchnię oraz współczynnik oporu aerodynamicznego satelity, tym samym zmniejszając jego prędkość na orbicie. Niestety, po ok. trzech dniach od rozłożenia żagla pojawiły się na nim rozerwania, które z czasem objęły około 30-35 proc. powierzchni żagla. Obniżyło to skuteczność jego działania i wydłużyło przewidywany czas deorbitacji z kilkunastu miesięcy do ok. 2,5 roku.

„Goodbye PW-Sat2”

Przez cały czas prowadzenia misji zespół regularnie nawiązywał łączność z satelitą. Łącznie wykonano ponad 5000 sesji komunikacji i odebrano prawie 1500 zdjęć wykonanych przez kamery pokładowe. W tym czasie dwukrotnie zaktualizowano oprogramowanie komputera pokładowego, które pozwoliło na oszczędzanie energii przez zmniejszenie poboru mocy po przysłonięciu paneli słonecznych przez otwarty żagiel.

„Satelita do końca misji pozostawał w pełni operacyjny. Ze względu na szybką degradację orbity i ciężkie do przewidzenia położenie satelity prowadzenie kilku ostatnich sesji było dużym wyzwaniem. Ostatnia sesja komunikacyjna miała miejsce w nocy 22/23 lutego, gdy satelita znajdował się na wysokości poniżej 275 km. Dokładnie o godzinie 00:14:14 stacja naziemna w Gliwicach odebrała ostatnią ramkę radiową z PW-Sata2, która zawierała wiadomość: Goodbye PW-Sat2 and youtu.be/dQw4w9WgXcQ” - czytamy w komunikacie udostępnionym przez zespół zarządzający projektem.

Żagiel deorbitacyjny okazał się skutecznym rozwiązaniem. W ciągu 2 lat, 1 miesiąca i 24 dni system obniżył orbitę satelity z pierwotnej wysokości 590 km i doprowadził do spłonięcia sprzętu w ziemskiej atmosferze. Bez zastosowania jakiegokolwiek systemu deorbitacyjnego satelita PW-Sat2 pozostałby na orbicie Ziemi przez około 15 lat.