Drop Tower w Bremen. Fot. Dante (CC BY-NC-ND 2.0)
Mamy kolejną świetną wiadomość, którą możemy się podzielić! Zespołowi PW-Sat2 udało się zakwalifikować do programu Biura ONZ do spraw Przestrzeni Kosmicznej „Drop Tower Experiment Series” (DropTES). Nasz żagiel deorbitacyjny zostanie przetestowany w warunkach stanu nieważkości oraz bardzo niskiego ciśnienia podczas zrzutów wewnątrz specjalnie przystosowanej wieży znajdującej się w Centrum ZARM w Bremen. Ze względu na gabaryty żagla (2 × 2 m po rozłożeniu) nasz eksperyment nie będzie wykorzystywał dostępnej w centrum kapsuły, lecz zostanie upuszczony z wysokości około 13 m. Proces zostanie zarejestrowany przez szybkostrzelne kamery oraz czujniki przyspieszenia umocowane na żaglu. Eksperyment planowany jest na listopad 2017 roku, czyli jeszcze przed wyniesieniem PW-Sata2 w kosmos na pokładzie rakiety Falcon 9, lecz już po ukończeniu integracji satelity i przekazaniu go do firmy organizującej start.
Kampania DropTES organizowana jest przez Biuro ONZ do spraw Przestrzeni Kosmicznej (UNOOSA) we współpracy z Centrum ZARM oraz Niemiecką Agencją Kosmiczną (DLR).
Dlaczego Drop Tower?
Skuteczne przetestowanie naszego żagla deorbitacyjnego nigdy nie było łatwym zadaniem. Odkąd zaczęliśmy prototypowe prace nad naszym urządzeniem w 2014 roku, szukaliśmy sposobu na zasymulowanie zachowania żagla podczas jego otwarcia. Pomysłów było wiele, ale najbardziej obiecujące były dwa – lot paraboliczny lub zrzut z dużej wysokości. Oba pozwalają na osiągnięcie stanu nieważkości, ale niestety są także bardzo kosztowne.
Ostatecznie nasze wysiłki skupiliśmy na dostaniu się na Drop Tower (pol. wieża zrzutów), ponieważ to rozwiązanie – poza krótkotrwałym stanem nieważkości – daje nam możliwość otwarcia żagla w warunkach bardzo niskiego ciśnienia. Jest to szczególnie istotne, ponieważ duża powierzchnia żagla (po otwarciu 4m2) skutkuje relatywnie dużymi oporami powietrza. W praktyce otwierający się żagiel działa jak… żagiel albo spadochron skutecznie spowalniający i ograniczający dynamikę jego ruchu.
Dzięki kontaktom zdobytym podczas wyjazdów zagranicznych udało nam się zainteresować przedstawicieli Drop Tower możliwością przetestowania żagla. I choć nasz eksperyment nie wpisywał się w typowe scenariusze, a otwarty żagiel nie zmieściłby się w wieży o średnicy wewnętrznej ok. 1 m, to szybko udało nam się znaleźć wsparcie organizatorów kampanii. Blisko współpracujemy z wicedyrektorem naukowym ZARM, od którego otrzymujemy wiele wsparcia i cennych uwag merytorycznych podczas przygotowywania się do eksperymentu.
Jak będzie wyglądał eksperyment?
Procedura naszego eksperymentu różni się od typowego przebiegu testów na Drop Tower, które zazwyczaj odbywają się wewnątrz specjalnej kapsuły wystrzeliwanej na wysokość ponad 100 m, a następnie spadającej swobodnie do wielkiego zbiornika, w którym następuje wyhamowanie. Taki przebieg można zobaczyć m.in. na tym filmie.
Nasz żagiel zostanie umieszczony na szczycie dolnej komory wieży na wysokości około 13 m. Tuż po zwolnieniu blokady nastąpi otwarcie żagla. Spadek swobodny z tej wysokości zajmie około 1,5 sekundy. I choć to bardzo krótko, to nasz żagiel nawet w ciśnieniu atmosferycznym otwiera się w około 0,8 sekundy. Przeprowadziliśmy już pomyślne testy systemu zwalniania żagla z przymocowanym specjalnym zamiennikiem o wielkości kilkudziesięciu centymetrów wewnątrz komory próżniowej w Centrum Badań Kosmicznych PAN, więc liczymy, że ten sam system zadziała skutecznie w warunkach Drop Tower.
Planujemy przeprowadzić 4 zrzuty wewnątrz Drop Tower. Trzy z nich będą odzwierciedlać rzeczywisty model żagla umieszczony na PW-Sacie2, natomiast czwarty będzie nieco cięższy, co pozwoli nam zbadać wpływ momentu bezwładności systemu zwalniania żagla na dynamikę jego obrotu podczas otwarcia.
Jakie efekty da nam eksperyment?
Podczas testów na Drop Tower żagiel będzie umieszczony w symulatorze masowym naszego satelity. Dzięki temu liczymy, że uda nam się zbadać wpływ otwarcia żagla na dynamikę obrotu samego satelity. Zebrane dane porównamy z odczytami z PW-Sata2 zebranymi podczas otwarcia żagla na orbicie na początku 2018 roku.
Liczymy, że eksperyment na Drop Tower potwierdzi nasze dotychczasowe testy otwierania żagla. Do tej pory skutecznie testowaliśmy go zarówno podczas zrzutów z wysokości kilku metrów (ale w powietrzu), jak i na specjalnie wypolerowanej powierzchni o niskim współczynniku tarcia. Bardzo dużą wartość dadzą nam nagrania oraz odczyty z akcelerometrów.
Wyniki zebrane podczas tego testu chcemy porównać z danymi zebranymi z satelity PW-Sat2, a następnie opublikować. Jak do tej pory nie znaleźliśmy pełnego opracowania wpływu otwarcia takich struktur na dynamikę satelitów, dlatego czujemy się w obowiązku podzielić ze społecznością naukową wynikami naszych badań.
Jak nam idzie?
Jesteśmy w bardzo pracowitym okresie – najbliższe dwa miesiące to czas integracji satelity i ostatnich testów przed oddaniem PW-Sata2 w ręce firmy organizującej start. Równolegle pracujemy nad wieloma zagadnieniami takimi jak oprogramowanie satelity i stacji naziemnej, integracja żagli deorbitacyjnych, produkcja i integracja struktury mechanicznej, produkcja mechanizmu otwierania paneli słonecznych, kalibracja i produkcja Czujnika Słońca, czy testy wszystkich systemów, które mamy już gotowe.
Przed nami najbardziej intensywny okres w historii projektu. Prosimy, byście trzymali kciuki, a jeśli macie ochotę – podzielcie się dalej tą informacją.
Zdjęcie w tle: Peter Gorges (CC BY-NC-ND 2.0)
