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.
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.pl