Nie schodzę na ziemię - śmieje się Jędrzej Górski, pomysłodawca i opiekun grupy studentów Politechniki Wrocławskiej przygotowującej się do finału programu REXUS/BEXUS. Zespół FREDE wyśle swoją aparaturę w stratosferę, żeby zbadać, jak bardzo szkodliwy jest freon
Jesienią tego roku z kosmodromu na kole podbiegunowym w okolicach Kiruny w Szwecji wystartuje balon BEXUS z eksperymentami studentów z czterech europejskich uniwesytetów. Będzie tam także spektroskop członków Międzywydziałowego Koła Naukowego WSAG Politechniki Wrocławskiej. Dzięki niemu zbadają proces rozpadu freonu w stratosferze, a dokładniej jego szybkość nazywaną kinetyką reakcji fotochemicznej. Mają taką możliwość dzięki zwycięstwu projektu FREDE (ang. FREon Decay Experiment) w programie REXUS/BEXUS, organizowanym przez Europejską Agencję Kosmiczną (ESA) we współpracy ze Szwedzką Krajową Radą ds. Przestrzeni Kosmicznej (SNSB) i Niemiecką Agencją Kosmiczną (DLR).
REXUS/BEXUS to program eksperymentów rakietowych i balonowych, stworzony dla studentów szkół wyższych. Razem z projektem FREDE zrealizowane zostaną norwesko-niemiecki projekt CPT-SCOPE - teleskopu cząstek kosmicznych, belgijski HACORD - wysokościowego detektora promieniowania kosmicznego z Uniwersytetu w Antwerpii oraz hiszpański projekt SPADE - zbierania danych z eksperymentów za pomocą smartfona.
Rozmowa z Jędrzejem Górskim, doktorantem na Wydziale Mechaniczno-Energetycznym, opiekunem studentów uczestniczących w projekcie FREDE i jego pomysłodawcą
Lucyna Róg: - Skąd ten kosmos u doktoranta polskiej uczelni?
Jędrzej Górski: - Na poważnie zaczęło się, gdy pojechałem na staż do Europejskiej Agencji Kosmicznej w ramach mojej pracy magisterskiej. Zorganizowałem go sobie sam. Zdziwienie było ogromne. "Po co polski student jedzie do agencji kosmicznej?" - stale słyszałem, a na uczelni wiele osób pukało się w głowy. Były i słowa uznania, ale słyszałem też komentarze, że jadę tam tylko po to, żeby wyjechać z kraju.
Na wycieczkę.
Raczej jako kolejny student, wkrótce absolwent, który wyjedzie z kraju i już nie wróci.
Na stażu byłem pięć miesięcy. Wybrałem dział edukacji, bo to najlepsze miejsce, by poznać inżynierię kosmiczną od kuchni, nauczyć się jej podstaw, a także zobaczyć możliwości, jakie ESA ma w swej ofercie. Chciałem wrócić z wiedzą, która przekona innych, że także na polskich uczelniach można uczestniczyć w badaniach kosmosu.
Tam usłyszałeś o REXUS/BEXUS?
Mój wyjazd na staż zbiegł się z drugim podejściem warszawskiego Studenckiego Koła Astronautycznego (SKA) do REXUS/BEXUS. Pracowali nad projektem SKOPE 2.0., w ramach którego budowali kamerę o trzech stopniach swobody. Konstrukcja SKA miała niwelować wstrząsy balonu i pozwalać na niezakłócone obserwacje Ziemi z wysokości 25-30 km. Poczytałem o ich projekcie i pomyślałem, że chcę zrobić coś więcej niż tylko "zabawkę". I tak się zaczęło.
W czasie stażu dbałem o to, by zdobyć jak najwięcej kontaktów. Osoby, z którymi znalazłem tam wspólny język, podpowiadały mi, jakiego typu projekty są najlepiej odbierane przez organizatorów. Z rozmów wynikało, że poza demonstracją technologii, projekt powinien także dotykać aspektów naukowych, być pewnego rodzaju zwrotem w nauce.
Co będzie waszym?
Chcemy zbadać w stratosferze zjawisko rozpadu związków CFC (chloro-fluoro-węglowodory), popularnie zwanych freonami. Nasz eksperyment sprowadza się do tego, że chcemy sprawdzić, jak zmienia się stężenie freonu, a jednocześnie w jaki sposób zwiększa się liczba wolnych rodników chloru.
Czemu to posłuży?
W dużym uproszczeniu eksperyment pozwoli nam zweryfikować teorię na temat poziom szkodliwości freonu.
Nie wiemy, jak bardzo jest szkodliwy. Przecież ciągle się słyszy się o tym, że to główny powód dziury ozonowej.
Nikt nie jest w stanie odpowiedzieć na pytanie, jak bardzo szkodliwy jest freon. To, że jest szkodliwy, wiemy, ale być może inne gazy są od niego bardziej niebezpieczne? Są badania, które wykazują, że tak jest w przypadku tlenków azotu, które powstają podczas lotu samolotem. Liczymy na to, że nasze badania pomogą odpowiedzieć na te pytania.
Co znajdzie się w balonie, który jesienią zostanie wystrzelony w stratosferę?
Tworzymy wyrafinowany, ale bardzo selektywny spektroskop. To urządzenie, które - mówiąc najprościej - pozwala określić, co unosi się w danej przestrzeni, czyli jakie cząsteczki znajdują się w badanym miejscu. Oczywiście nie będziemy mieli pełnego obrazu sytuacji, kiedy nasza aparatura będzie tam, na górze. Uzyskamy tylko selektywnie wybraną informację. By móc ją w jakiś sposób odnieść do rzeczywistości, musimy przeprowadzić też całą serię eksperymentów naziemnych. Wyniki naszych stratosferycznych pomiarów należy porównać z wynikami chromatografu gazowego wspomaganego przez spektroskop masowy (tzw. GCMS). To taka "szafa", która potrafi bardzo dokładnie określić, z czego jest zbudowana dana materia, wyznaczając ilość wszystkich wykrytych substancji.
Na jakie warunki musicie przygotować wasz spektroskop?
Na wysokości 25-30 km należy spodziewać się nawet -90 stopni Celsjusza. Do tego panuje tam bardzo niskie ciśnienie. Na powierzchni ziemi mamy średnio 1013 hPa, a w stratosferze nawet do stu razy mniej. Wszystko to sprawia, że każde urządzenie działające na ziemi, w stratosferze może zachowywać się zupełnie inaczej, nieprzewidywalnie lub wcale nie działać.
Dlatego, żeby zbudować wytrzymały spektroskop, potrzebujemy interdyscyplinarnego zespołu - studentów z różnych wydziałów naszej uczelni. Chemicy określają, jakie warunki muszą być spełnione, by eksperyment naukowy miał szansę powodzenia, termodynamicy mówią nam, w jaki sposób zabezpieczyć elementy systemu przed wpływem czynników zewnętrznych, a duża część zespołu ma za zadanie zaprojektować i wykonać podsystemy eksperymentu na bazie dostępnych podzespołów i tych wykonanych we własnym zakresie. W zespole są także osoby odpowiedzialne za promocję i organizację pracy. Wyzwania są praktycznie na każdym kroku.
Dużo pracy.
I mało czasu. Harmonogram konkursu wyglądał tak, że w październiku wszystkie zainteresowane zespoły składały tzw. proposal. To opis pomysłu na eksperyment. Nasz miał 20 stron. Najlepsze drużyny zostały zaproszone na początku grudnia do Noordwijk w Holandii. Z 24 zgłoszonych zespołów zaproszenie dostało tylko 12. Po przyjeździe do ESTEC, największej placówki ESA, czekały nas szkolenia i prezentacje na temat programu REXUS/BEXUS, a przede wszystkim prezentacje pomysłów zaproszonych zespołów. W niecałe dwa tygodnie po tych kilkudniowych warsztatach, nazywanych Selection Workshop, została ogłoszona lista zespołów zakwalifikowanych do udziału w programie – po cztery na balon i rakietę.
W pierwszej połowie lutego czeka nas tzw. Training Week, czyli jeszcze więcej szkoleń, połączony z Preliminary Design Review. To prezentacja zespołowa postępów w pracy nad projektem oraz dyskusja nad jego słabymi stronami i usprawnieniami wynikającymi z doświadczenia komisji ekspertów oceniających projekt.
Training Week i Preliminary Design Review odbędą się w mobilnej bazie rakietowej pod Monachium, należącej do Niemieckiej Agencji Kosmicznej (DLR). Zaczyna się już 9 lutego. To będzie pierwszy kontakt całego zespołu z osobami, które będą nas później wspierać jako nasi mentorzy. Training Week to także m.in. wykłady, zwiedzanie laboratoriów i 20-minutowa prezentacja połączona z ponad godzinną sesją z pytaniami.
Wy pytacie czy jesteście odpytywani?
Zarówno eksperci zaproszeni przez ESA mają prawo pytać nas o najdrobniejsze szczegóły koncepcji i jej implementacji, jak i my możemy w zupełnie nieskrępowany sposób dzielić się naszymi przemyśleniami i wątpliwościami.
Mamy przygotować 20-minutową prezentację, na której pokażemy trochę więcej szczegółów niż poprzednio i opowiemy o tym, co udało nam się do tej pory zrobić. Wcześniej, 25 stycznia, musimy dostarczyć pierwszą wersję dokumentacji naszego projektu, czyli około 100 stron.
Potem mamy około trzech miesięcy na zweryfikowanie różnych założeń. Przez cały czas będziemy w ścisłym kontakcie mailowym i skypowym z naszymi mentorami.
W połowie maja mamy kolejną sesję sprawozdawczą. Opowiemy na niej, co nowego wydarzyło się od poprzedniego spotkania i które z pomysłów zaimplementowaliśmy, czyli jak na chwilę obecną widzimy nasz eksperyment w wersji finalnej.
W czerwcu czeka nas pierwsza wizyta mentorów tu, we Wrocławiu. Kolejna w sierpniu. Martwię się nimi, bo na razie pracujemy w domach. A do swoich mieszkań raczej nie możemy zaprosić międzynarodowych ekspertów, bo jak by to wyglądało? Mam nadzieję, że do tego czasu uda się na uczelni wygospodarować trochę miejsca dla nas.
Po co te wizyty?
Ta pierwsza jest bardziej kontrolna. Będą sprawdzać, czy naprawdę robimy to wszystko, o czym piszemy w dokumentacji i opowiadamy na prezentacjach. W sierpniu natomiast przyjadą do nas już ze swoim modułem DUMMY. Ma on za zadanie udawać rzeczywisty system pokładowy, z którym nasz eksperyment będzie współpracować podczas lotu. Rzeczywisty system jest dla nas źródłem zasilania w gondoli balonu, jak i jedynym kanałem transmisji danych na Ziemię, do którego podłączymy nasze urządzenie. Dzięki DUMMY eksperci zweryfikują, czy nasze urządzenie jest kompatybilne i zgodne z ich oczekiwaniami.
Jeśli wszystko pójdzie dobrze, w połowie września wysyłamy naszą aparaturę do Szwecji, a na początku października meldujemy się tam osobiście. Na miejscu będziemy przez dwa tygodnie. W tym czasie uruchomimy eksperyment, zintegrujemy go z gondolą i z innymi eksperymentami, i będziemy wyczekiwać chwili startu.
To potrwa aż dwa tygodnie?
Wszystko tak naprawdę zależy od pogody. Musimy czekać na właściwe warunki i odpowiedni kierunek wiatru.
Miejsce, gdzie odbędzie się eksperyment, znajduje się na bardzo słabo zaludnionym terenie, więc prawdopodobieństwo, że to, co wystrzelimy w stratosferę, spadnie później komuś na głowę, jest bardzo małe. Balon powinien jak najdłużej znajdować się nad lądem, a nie nad Bałtykiem, ale także nie nad wieczną zmarzliną. Gdy balonm utrzymując wysokość 25-30 km, dotrze w pobliże Rosji, zostanie wydana komenda odcięcia, a po ładunek zostanie wysłany helikopter.
Będzie tylko jeden lot?
Raczej tak. Dlatego z naszej strony wszystko musi działać jak w szwajcarskim zegarku.
Co po eksperymencie? Co zrobicie z wynikami badań?
Wykorzystamy je na konferencjach naukowych oraz w artykułach naukowych i popularnonaukowych. Studenci mogą też użyć ich do napisania swoich prac inżynierskich i magisterskich.
Najważniejsze dla nas jest jednak to, żeby zdobyć umiejętności, których nie zdobędziemy nigdzie indziej. Bo kto dałby nam szansę kilkunastu dni pracy na kosmodromie, ot tak po prostu?
To doświadczenie jest dla nas ważne z wielu powodów. Choćby dlatego, że w Polsce jest teraz bardzo dobry moment dla tych, którzy chcieliby związać swoją przyszłość z przemysłem kosmicznym. Jako kraj jesteśmy członkami Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) i wpłacamy do niej 40 mln zł każdego roku. To są pieniądze, które powinny wrócić do polskiego przemysłu. Niestety firm działających w tej branży jest wciąż niewiele, a zakres ich kompetencji jest ciągle ograniczony dotychczasowym doświadczeniem. To oznacza, że jest sporo miejsca dla tych, którzy chcą zacząć. Jeśli się jednak nie pojawią kompetentne zespoły i firmy, nasze pieniądze trafią do firm w innych państwach. Zdobywając doświadczenie w projekcie FREDE, stajemy się naturalnymi kandydatami do pracy w polskiej branży kosmicznej.
Dlaczego jest jeszcze tak mało polskich firm kosmicznych? To kwestia pieniędzy?
Myślę, że wynika z wielu czynników. Brak pieniędzy jest dużą przeszkodą, ale da się ją obejść. To co u nas kuleje to praca zespołowa i brak wiary we własne siły. W Polsce lubimy być indywidualistami nie wychodzącymi z własnej strefy komfortu. Każdy pracuje we własnym zakresie i nie widzi wspólnego mianownika. A przemysł kosmiczny to jeden wielki wspólny mianownik. To miejsce, gdzie ludzie idą na kompromis i próbują zrobić coś razem. Bo tylko tak może im się udać.
Rozmawiała Lucyna Róg
*** W projekt FREDE zaangażowani są:
* studenci:
- Dorota Budzyń z Wydziału Mechanicznego PWr – struktura mechaniczna eksperymentu lotnego i naziemnego testowanego w komorze próżniowej,
- Andrzej Dziedzic z Wydziału Elektroniki PWr – elektronika pokładowa i oprogramowanie eksperymentu lotnego, jak i naziemnego,
- Szymon Dzwończyk z Wydziału Mechanicznego – struktura mechaniczna eksperymentu lotnego i naziemnego testowanego w komorze próżniowej,
- Daniel Karczmit z Wydziału Chemicznego PWr i Wydziału Chemii UWr – fotochemia i kinetyka reakcji rozpadu związków CFC, chromatografia gazowa eksperymentu naziemnego,
- Joanna Kuźma z Wydziału Chemicznego PWr – fotochemia i kinetyka reakcji rozpadu związków CFC,
- Julia Marek z Wydziału Podstawowych Problemów Techniki PWr – promocja i outreach,
- Mikołaj Podgórski z Wydziału Mechaniczno-Energetycznego PWr – instalacja pneumatyczna eksperymentu lotnego i naziemnego,
- Maciej Wysocki z Wydziału Podstawowych Problemów Techniki PWr – elektronika pokładowa eksperymentu lotnego i naziemnego,
* doktoranci:
- Jędrzej Górski z Wydziału Mechaniczno-Energetycznego – elektronika pokładowa i oprogramowanie eksperymentu lotnego i naziemnego,
- Krzysztof Grunt z Wydziału Mechaniczno-Energetycznego – insulacja termiczna eksperymentu lotnego oraz symulacje i badania naziemne dotyczące zmian temperatury i ciśnienia w czasie trwania eksperymentu,
* absolwenci (członkowie poprzedniego zespołu) Wydziału Mechanicznego PWr: Jędrzej Kowalewski i Michał Zięba oraz Piotr Sacha, który ukończył Wydział Mechaniczno-Energetyczny PWr oraz Aleksander Łubniewski z Wydziału Elektroniki PWr, a także: dr hab. Andrzej Szczurek, prof. PWr, prof. Zbigniew Gnutek, dziekan Wydziału Mechechaniczno-Energetycznego, prof. Jan Zarzycki, dziekan Wydziału Elektroniki, prof. Andrzej Trochimczuk, dziekan Wydziału Chemicznego, dr hab Zbigniew Sroka, prorektor ds. studenckich, prof. Roman Gancarz, dr Jerzy Greblicki, dr Krzysztof Janus, dr Romuald Redzicki, dr hab. Slawomir Pietrowicz, dr Krzysztof Urbański oraz osoby pracujące w przemyśle kosmicznym w Polsce, USA (NASA AMES) i Kanadzie (Carlton University).