Ultrawytrzymałe materiały. Czy polscy naukowcy podbiją kosmos?

Kilkadziesiąt lat temu kosmos był miejscem starcia dwóch wielkich mocarstw – Stanów Zjednoczonych i ZSRR, które toczyły między sobą technologiczną batalię. Po upadku ZSRR do kosmicznej gry wkroczyły rozwijające się w zawrotnym tempie azjatyckie państwa tj. Chiny, Indie, Japonia czy Korea, a także zaawansowani technologicznie Europejczycy. W tym rejonach świata postawiono na wspieranie rodzimych naukowców przez rządowe agencje. Natomiast za Oceanem Atlantyckim nastąpiła era niezależnych podmiotów np. SpaceX, tylko częściowo wspieranych przez oficjalną państwową agencję NASA.

Gdzie w tym wszystkim są Polacy? Jak się okazuje, działamy na równi z największymi graczami w branży. Polscy studenci z krakowskiej Akademii Górniczo-Hutniczej (AGH) skonstruowali nowatorskiego łazika marsjańskiego, który w zeszłym roku wygrał konkurs European Rover Challenge. Natomiast w Gdyni powstaje suborbitalna rakieta kosmiczna Perun. W założeniu ma transportować towary poza ziemską atmosferę.

A czy wiedzieliście, że naukowcy pracujący w Centrum Obróbki Plastycznej Łukasiewicz – Poznańskiego Instytutu Technologicznego opracowali technologię wytwarzania zaawansowanych materiałów, do których zaliczamy intensywnie rozwijane od około 20 lat fazy MAX, które w niedalekiej przyszłości mogą podbić przestrzeń kosmiczną? Ale o tym za moment.

Trochę historii

Kiedyś podział świata był „prostszy” – po obydwu stronach „żelaznej kurtyny” trwał zimnowojenny wyścig zbrojeń, w tym m. in. wzmożonego rozwoju technologii kosmicznych. Po jednej mieliśmy amerykańskie Centrum Kosmiczne im. Johna F. Kennedy’ego na przylądku Canaveral na Florydzie, a po drugiej sowiecki kosmodrom Bajkonur na dalekim stepie.

W kwietniu 1961 roku nastąpił przełomowy moment – pierwszy lot człowieka w kosmos. Radziecki astronauta Jurij Gagarin jednokrotnie okrążył Ziemię na pokładzie statku powietrznego Wostok-1. Jednak już w kolejnych latach inicjatywę przejęli Amerykanie. W 1968 wysłali pierwszą załogę poza orbitę Ziemi. Rok później jako pierwsi postawili nogę na Księżycu. To właśnie wtedy Neil Armstrong, wychodząc ze statku Apollo 11 na powierzchnię ziemskiego satelity, wypowiedział słynne zdanie: „To jest mały krok dla człowieka, ale wielki skok dla ludzkości”.

Polacy w kosmosie

Jedynym naszym rodakiem, który widział kulistą Ziemię z perspektywy statku kosmicznego, był Mirosław Hermaszewski. Polak dokonał tego 27 czerwca 1977 roku wraz z radzieckim kosmonautą Piotrem Klimukiem. Jego misja trwała 8 dni. W jej trakcie dokonał 126 okrążeń Ziemi, zebrał sporo danych i ustanowił kilka rekordów Polski potwierdzonych przez Międzynarodową Federację Lotniczą (FAI). Dzięki temu uzyskał tytuł podporucznika Ludowego Wojska Polskiego (LWP).

W 1976 roku władze ZSRR w porozumieniu z innymi przedstawicielami państw socjalistycznych podjęły decyzję o rozszerzeniu programu lotów kosmicznych Interkosmos i umożliwieniu partycypacji w nim różnym przedstawicielom Bloku Wschodniego.

Pierwotnie wybór padł na Czechosłowację oraz NRD. Z tą decyzją nie zgodzili się jednak polscy decydenci. Choć przepychanki trwały długo, a major Hermaszewski został wysyłany na dodatkowe badania, aby przeciągnąć czas na rozmowy, to ostatecznie interwencja w Moskwie przyniosła oczekiwany skutek, czyli zamianę miejsc z NRD. Pomogła w tym m.in. argumentacja historyczna (powołanie się na wspólną walkę z III Rzeszą) oraz gospodarcza (roli Polski jako ważnego partnera handlowego ZSRR i panujący w kraju kryzys ekonomiczny).

I tak jako pierwszy nie-Amerykanin i nie-Rosjanin w kosmos poleciał przedstawiciel Czechosłowacji Vladimir Remek. Co ciekawe, nie miał typowej sylwetki dla astronauty przez kilkukilogramową nadwagę, ale miał inny, polityczny argument – jego ojciec był wiceministrem obrony, a on sam zięciem przewodniczącego niższej izby parlamentu. Trzy miesiące później na statku Sojuz 30 z Bajkonuru w kosmiczną podróż wyruszył Mirosław Hermaszewski.

Współcześnie szansę wylotu w kosmos ma Sławosz Uznański, polski astronauta, naukowiec i doktor elektroniki, pracujący na co dzień w Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych (CERN). W marcu 2021 roku nasz rodak wziął udział w rekrutacji do Europejskiego Korpusu Astronautów, otwartej przez Europejską Agencję Kosmiczną (ESA). W niezwykle trudnych eliminacjach pokonał 22 tysiące innych kontrkandydatów i dostał się do 11-osobowej grupy rezerwistów, będącej bezpośrednim zapleczem dla 6 zwycięzców konkursu.

Co łączy Polskę z kosmosem?

Mimo tego, że Polska nie ma kosmodromu, czyli miejsca startów statków kosmicznych, ani nie wysłała w kosmos w pełni zaprojektowanej i wybudowanej przez siebie rakiety, to rodzimi naukowcy mają spory udział w rozwoju technologii kosmicznych.

Jak podaje Business Insider, obecnie w polskiej branży kosmicznej działa aż 400 firm, jednostek naukowych i badawczych. Zatrudnionych jest nawet 12 000 pracowników, co stanowi sporą gałąź gospodarki (na styku biznesu oraz nauki). W ostatniej dekadzie polscy naukowcy zrealizowali w ramach Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) około 500 projektów, których wartość szacowana jest na 115 milionów euro.

O nasze interesy w kosmosie dba Polska Agencja Kosmiczna (POLSA). Instytucja ta została utworzona w 2014 roku z inicjatywy ówczesnego Ministerstwa Infrastruktury i Rozwoju. Jej siedziba główna znajduje się w Gdańsku, ale ma także oddziały terenowe w Warszawie oraz Rzeszowie. Agencja promuje potencjał i dorobek podmiotów polskiego sektora kosmicznego podczas najważniejszych imprez branżowych, a także patronuje najciekawszym inicjatywom.

Łazik z Krakowa

Wizja podboju Marsa, planety położonej najbliżej Ziemi i odkrycia na niej nowych form życia od dawna zaznacza swoje ślady w kulturze popularnej. Były filmy („Marsjanin” czy „Misja na Marsa”), były gry komputerowe („Occupy Mars: The Game”), były też książki. Jednak nadal nie skolonizowaliśmy Czerwonej Planety. Ba! Nawet nie postawiliśmy na niej kroku… Do tej pory z „ziemskich” rzeczy na Marsie wylądowały jedynie pojazdy wysyłane tam przez naukowców z NASA, m.in. łazik „Perseverance” (tłum. wytrzymałość), który bada krater Jezero czy laboratorium naukowo-badawcze „Curiosity”.

Aktualnie świat technologii podbija łazik „Kalman” zaprojektowany przez studentów z krakowskiego AGH. W ubiegłym roku projekt ten wygrał prestiżowy konkurs European Rover Challenge. Ich pojazd pokonał 18-stu konkurentów z Europy. Później zajął 4. Miejsce podczas University Rover Challenge, będąc przy okazji najlepszy europejskim projektem. Niedawno na koncie krakowskich konstruktorów pojawił się kolejny sukces – zwycięstwo w International Rover Challenge w Indiach, gdzie mierzyli się z kilkunastoma konkurentami z całego świata.

Łazik „Kalman” potrafi pobrać próbki do analizy, precyzyjnie umieścić obiekty w wyznaczonej przestrzeni, pokonać nieznaną wcześniej trasę kierując się strzałkami, odszukać ukryte przedmioty w scenerii symulującej powierzchnię Marsa, sfotografować je i dostarczyć w odpowiednie miejsca.

Poznańskie technologie dla kosmosu: „Nanokanapka”

W Łukasiewicz – Poznańskim Instytucie Technologicznym realizowany jest obecnie projekt cerMAXmet, w ramach którego opracowano szybką i stosunkowo tanią technologię wytwarzania faz MAX, czyli materiałów o dużym potencjale aplikacyjnym w przemyśle lotniczym i kosmicznym.

Fazy MAX produkowane są w postaci proszków lub spieków, z których za pomocą obróbki skrawaniem w łatwy sposób można otrzymać części o złożonej geometrii. Materiały te cechują się atrakcyjnymi właściwościami, nieosiągalnymi dla klasycznych stopów metali oraz czystej ceramiki. Znajdą zastosowanie w miejscach narażonych na ekstremalne warunki eksploatacyjne: środowisko korozyjne, tarcie, promieniowanie rentgenowskie i wiele innych, czyli m.in. w pojazdach kosmicznych czy, trochę bliżej ziemi, samolotach.

Główną zaletą użycia faz MAX jest odporność materiału na oddziaływanie wysokiej temperatury, a wręcz jego większa wytrzymałość w takich warunkach.

Na rynku bardzo trudno dostać materiał o wysokiej czystości. Proces produkcji opracowany przez poznańskich naukowców z Centrum Obróbki Plastycznej pozwala otrzymać produkt o czystości powyżej 98 proc. W porównaniu do konkurencyjnych metod, proces ten jest krótszy, prowadzony w niższej temperaturze oraz o 80 proc. mniejszym zużyciu energii.

Na szerokie wody

Zespół cerMAXmet, w składzie Grzegorz Kubicki, Joanna Półrolniczak, i Mateusz Marczewski, działający od dwóch lat, to laureaci drugiej edycji Akceleratora Łukasiewicza; programu, w którym wybrane grupy prezentowały innowacyjne pomysły na biznes. Pomysł poznańskich naukowców zyskał uznanie jury i publiczności, zgromadzonej podczas DemoDay, 6 września ubiegłego roku.

Już w listopadzie zespół został laureatem konkursu – Deep Tech Rising Stars, rozstrzygniętego w ramach jednego z najważniejszych wydarzeń deep tech* w Polsce. Poznańscy naukowcy obok nagród od partnerów wydarzenia otrzymali przede wszystkim bilet na prestiżowy, międzynarodowy konwent technologiczny Hello Tomorrow Global Summit w Paryżu, gdzie gromadzi się „śmietanka” przedstawicieli z branży technologicznej i środowiska akademickiego.

Wydarzenie pod patronatem francuskiego prezydenta Emmanuela Macrona odbędzie się w dniach 9–10 marca. My już teraz trzymamy i zachęcamy do trzymania kciuków za przedstawicieli Łukasiewicz – Poznańskiego Instytutu Technologicznego.

Chcemy, żeby przede wszystkim poznał nas rynek. To kim jesteśmy, co robimy, z jakim produktem tam przychodzimy – mówiła Joanna Półrolniczak w podcaście „Iskry Lecą”. – Deep Tech Rising Stars dało nam możliwości, jeśli chodzi o Polskę, lokalnych przedsiębiorców czy fundusze inwestycyjne. Natomiast teraz mamy okazję pokazać się w Paryżu, na rynku międzynarodowym, który jest naszym rynkiem docelowym – dodała.

* Deep tech to startupy i projekty oparte na pracach badawczo-rozwojowych lub zaawansowanej technologicznie inżynierii.