Przemysł kosmiczny, czyli jak wrocławskie firmy podbijają kosmos

Przemysł kosmiczny w Polsce dopiero się rozwija. W całym kraju mamy ok. 60 firm z tej branży. Możemy mówić o trzech głównych ośrodkach: Warszawie, Trójmieście i Wrocławiu. U nas większość specjalistów z tej dziedziny zajmuje się obszarem aerospace.

W stolicy Dolnego Śląska działają trzy firmy związane z przemysłem kosmicznym, m.in. Thorium Space.

- Jest coraz lepiej, ale nadal nie możemy porównywać się choćby z Niemcami. Do tego jeszcze daleka droga - mówi Paweł Rymaszewski z Thorium Space. - Najtrudniejszym wyzwaniem jest tzw. próg wejścia, bo wszystko, co związane z przemysłem kosmicznym, jest po prostu bardzo drogie. Zbudowanie satelity to nie wszystko. Trzeba go jeszcze sprzedać.

Mowa o kwotach z sześcioma zerami. Zarówno wydatki na produkcję poszczególnych elementów, jak i zakup gotowego produktu, opiewają na wiele milionów złotych.

- To wszystko nie byłoby możliwe, gdyby nie sponsorzy i dofinansowania, bo produkcja jest naprawdę bardzo droga. Jako Thorium Space otrzymaliśmy ok. 9,6 mln złotych w ramach tzw. szybkiej ścieżki z Narodowego Centrum Badania i Rozwoju na produkcję jednego takiego elementu do urządzenia - mówi Rymaszewski.

Zaznacza, że można też starać się o fundusze z Europejskiej Agencji Kosmicznej.

- Prawda jest taka, że najpierw i tak trzeba wyłożyć pieniądze, a dopiero potem, w ciągu trzech lat, następuje zwrot z różnego rodzaju funduszy czy dotacji. Taki produkt powstaje w ciągu dwóch czy trzech lat i sponsor, który chce zainwestować, również musi zaczekać - wyjaśnia Paweł Rymaszewski.

Thorium Space zajmuje się produkowaniem urządzeń nadawczo-odbiorczych umieszczanych na satelitach (tzw. Payload) oraz samych satelitów wielkości pudełka po butach (od nano, czyli Cubsaty, aż po małe satelity klasy około 500 kg). W produkcji wykorzystują technologię AESA, znaną z aktywnych radarów. Chodzi o aktywne sterowanie wiązkami nadawczo-odbiorczymi.

Właśnie powstaje nanosatelita demonstracyjny i badawczy. Przedstawiciele Thorium Space mają nadzieję, że uda się go jak najszybciej wystrzelić.

- Pracujemy nad urządzeniami, które używają oprócz ogólnie znanego pasma K/Ka, także pasma E o częstotliwości od 70 do 90 GHz. Dodajmy, że na posiadanie urządzeń nadających na częstotliwości większej niż 40 GHz wymagane jest specjalne pozwolenie, ponieważ urządzenia tej klasyfikowane są jako strategiczne - tłumaczy Paweł Rymaszewski. - Możemy dzięki nim kilkanaście razy szybciej nadawać.

Wrocławska firma prezentuje swoje projekty także za granicą. W marcu jej przedstawiciele wzięli udział w Global Space Congress 2019 w Abu Dhabi. Podczas prelekcji skupili się na zagadnieniach obronności i bezpieczeństwa, które analizowali przez pryzmat technologii używanych do nadawania i monitorowania informacji w przestrzeni kosmicznej.

Kolejną firmą z Wrocławia, która zaangażowała się w rozwijanie branży space, jest SatRevolution. Spółkę założyli w czerwcu 2016 r. Grzegorz Zwoliński, Damian Fijałkowski i Radosław Łapczyński, twórcy wrocławskiego studia T-Bull, czołowego polskiego producenta gier mobilnych.

Z przestrzeni gier przenieśli się do przestrzeni kosmicznej, a dziś ich misją jest realizowanie projektu konstelacji satelitów obserwacyjnych, liczącej setki jednostek dostarczających zobrazowania satelitarne w czasie rzeczywistym na potrzeby sektora ubezpieczeniowego, zarządzania kryzysowego, rolnictwa precyzyjnego oraz obronności.

- Wszystko zaczęło się od Światowida, satelity obserwacyjnego CubeSat. Każdy satelita tego typu składa się z jednej lub więcej kostek o masie 1,33 kg, których bok ma wymiar około 10 cm. Światowid składa się z dwóch takich kostek, został w pełni zaprojektowany i zbudowany od podstaw w naszej placówce, a jego misją jest przetestowanie autorskich rozwiązań do celów obserwacji Ziemi. W tym celu zostanie wystrzelony na orbitę 17 kwietnia tego roku - opowiada Tomasz Poźniak z SatRevolution. I dodaje: - Budowanie satelitów w tym standardzie jest jednym z głównych elementów trendu New Space, znanym również pod nazwą Space 4.0.

U laika taki miniaturowy satelita wywołuje zaskoczenie.

- Satelity wciąż powszechnie kojarzą się z wielkimi i potwornie ciężkimi urządzeniami. Jednak w ostatnich latach podległy one znacznej miniaturyzacji - zgodnie z regułą widoczną w elektronice użytkowej. Przyczynia się do tego w dużej mierze wykorzystanie komercyjnych podzespołów elektronicznych tzw. COTS (Commercial Of The Shelf) - dodaje Poźniak.

O postępującej miniaturyzacji satelitów mówią również przedstawiciele Thorium Space. Z procesem tym zderza się bowiem każda chcąca się rozwijać firma z tej branży.

- Jeden element takiej anteny macierzowej ma wielkość 0,6 mm na 0,6 mm. Natomiast to coś, co steruje anteną, jest poniżej grubości ludzkiego włosa. Ostatecznie cały moduł jest wielkości kwadratu o wymiarach 8 cm na 8 cm. W procesie produkcji samej anteny wykorzystujemy technologię ceramiczną, LTCC - opowiada Paweł Rymaszewski z Thorium Space.

Kolejnym projektem zrealizowanym przez SatRevolution jest KRAKsat. W tym przypadku inżynierowie SatRevolution współpracowali z członkami koła naukowego Integra z Akademii Górniczo-Hutniczej i Uniwersytetu Jagiellońskiego. Wrocławska firma dostarczyła platformę (czyli bazę każdego satelity) i zintegrowała ją z krakowskim ładunkiem użytecznym, tworząc kompletnego satelitę. KRAKsat zostanie wyniesiony razem ze Światowidem na pokładzie rakiety Antares z bazy Mid-Atlantic Regional Spaceport w Wirginii w USA.

- KRAKsat jest nowatorskim na skalę światową przedsięwzięciem. To pierwszy satelita, który do sterowania orientacją wykorzystywać będzie ferrofluid, czyli ciecz magnetyczną - tłumaczy Poźniak z SatRevolution.

W przyszłości takie rozwiązania mogą zastąpić dotychczasowe koła zamachowe wykorzystujące elementy mechaniczne, minimalizując ryzyko awarii i strat związanych z przymusowym zakończeniem misji.

Na takich samych zasadach, we współpracy z Centrum Kosmicznym Uniwersytetu w Grenoble i Uniwersytetem Moskiewskim, realizowany jest projekt AMICal Sat, którego celem będą badania związane ze zjawiskiem zorzy polarnej. Ale to dopiero po wystrzeleniu z kosmodromu Wostocznyj w czerwcu tego roku.

Jednak największym wyzwaniem będzie ukończenie projektu REC, czyli konstelacji umożliwiającej obserwowanie Ziemi w czasie rzeczywistym. Rozwiązanie to znajdzie zastosowanie w sektorze ubezpieczeniowym oraz redukcji strat w zarządzaniu kryzysowym (ostrzeganie przed katastrofami naturalnymi), strategicznej obronności (w tym wczesne ostrzeganie przed zagrożeniem) oraz sektorach takich jak rolnictwo precyzyjne.

Przy tej okazji opracowuje się nowatorski układ optyczny, pozwalający na znaczne ograniczenie objętości i masy, co przełoży się na gruntowne cięcie kosztów związanych z wyniesieniem satelitów w przestrzeń kosmiczną.

Chęć wykorzystania zdjęć pozyskiwanych przez konstelację REC wyraził już Unitar, czyli Instytut ONZ do spraw Badań i Szkoleń. To niezależna jednostka powołana w 1965 roku. Dofinansowanie tego typu projektów można uzyskać z programów międzynarodowych, krajowych i regionalnych. Wsparcia udzielają takie instytucje jak na przykład Europejska Agencja Kosmiczna, Narodowe Centrum Badań i Rozwoju czy też Urząd Marszałkowski Województwa Dolnośląskiego.

- Poza programami publicznymi w grę wchodzą inwestorzy prywatni w postaci funduszy venture capital, które coraz chętniej angażują się kapitałowo w sektor technologii kosmicznych - podkreśla Poźniak z SatRevolution.

Firma Scanway powstała zaledwie dwa lata temu. Dziś realizuje ambitne projekty we współpracy z największą uczelnią Wrocławia.

- W marcu 2017 r. we współpracy z ESA i studentami Politechniki Wrocławskiej stworzyliśmy urządzenie, które znalazło się w przestrzeni kosmicznej. Jesteśmy pierwszą wrocławską firmą, której się to udało - mówi Jędrzej Kowalewski z firmy Scanway. - To komora pomiarowa, pozwalająca na skanowanie w 3D procesu wiercenia w skale w stanie nieważkości.

Firma Scanway zajmuje się także produkcją satelitów obserwacyjnych. Jej przedstawiciele przeprowadzili szereg eksperymentów optycznych, lotniczych i rakietowych.

- W branży kosmicznej jest tak, że trzeba się w czymś wyspecjalizować. Naszą specjalizacją jest optyka, a co za tym idzie produkcja teleskopów i teleobiektywów najwyższej klasy do pracy w kosmosie i lotnictwie - dodaje Jędrzej Kowalewski z Scanway.

Takie teleskopy są z powodzeniem wykorzystywane do zbierania danych. Chodzi o obrazowanie multispektralne - tego rodzaju teleskopy potrafią mierzyć bardzo delikatne odcienie otaczającego nas świata. Zwykła kamera nie ma takich możliwości.

Teleskop służący kosmicznym celom może kosztować nawet pół miliona dolarów. Jego budowa realizowana jest dzięki wsparciu sponsorów. Scanway otrzymał z Narodowego Centrum Badań i Rozwoju 2,5 mln złotych.

A co z trudnościami w znalezieniu odpowiednio wykwalifikowanych specjalistów i ekspertów? Jak się okazuje, w stolicy Dolnego Śląska nie jest z tym źle. Przeciwnie, to właśnie tu kształci się najlepszych fachowców.

- Na szczęście we Wrocławiu mamy najlepszych programistów i to jest też jeden z powodów, dla których Thorium Space ma siedzibę właśnie tu. Bo przyznam, że zastanawiałem się nad wyjazdem za granicę - mówi Paweł Rymaszewski. I dodaje: - Politechnika Wrocławska kształci dobrych „mikrofalowców” (specjalistów od mikrofal), a tych właśnie w przemyśle kosmicznym potrzeba najbardziej.

Wniosek jest prosty - ktoś, kto marzy o pracy w branży space, powinien zatem wybrać kierunek elektronika i telekomunikacja na Politechnice Wrocławskiej.

- Studenci, którzy chcieliby być związani z sektorem kosmicznym, mogą wybrać wiele kierunków na Politechnice Wrocławskiej, praktycznie każdy z nich kształci w zakresie, który może okazać się przydatny w branży space - mówi Paweł Kabacik, wykładowca na Politechnice Wrocławskiej. - We Wrocławiu mamy duże pole do popisu w tworzeniu mikro- i nanosatelitów, więc każdy, kto skończy inżynierskie studia politechniczne, będzie mógł się w tym odnaleźć, bo ma wiedzę np. z zakresu materiałów czy elektroniki.

Na Politechnice Wrocławskiej prowadzą działalność koła naukowe i zespoły studentów, którzy zajmują się projektowaniem łazików marsjańskich czy konstruowaniem odpowiednich urządzeń, możliwych do wykorzystania w przemyśle kosmicznym. W marcu na arenie europejskiej, w Kirunie w Szwecji, studenci Politechniki zaprezentowali innowacyjny chwytak.

Było to możliwe w ramach programu REXUS/BEXUS realizowanego m.in. przez Europejską Agencję Kosmiczną. Program zakłada wyposażenie rakiety kosmicznej i gondoli balonu w aparatury badawcze przygotowane przez wybrane studenckie zespoły z całej Europy. Ich członkowie dostają w ten sposób szansę na przeprowadzenie swoich eksperymentów na wysokości około 30 km (w przypadku balonu) i ponad 80 km nad ziemią (w przypadku rakiety).

Projekt studentów Politechniki o nazwie TRACZ (Testing Robotic Application For Cathing in Zero-G) zakłada sprawdzenie, czy możliwe jest wykorzystanie chwytaka typu jamming gripper w mikrograwitacji i próżni. Dodajmy, że Adrianna Graja z tego zespołu jest zatrudniona także w SatRevolution.

Tego typu urządzenia składają się z membrany wypełnionej granulatem, działającej na zasadzie manipulacji różnicą ciśnień. Napompowany chwytak dostosowuje swój kształt do przedmiotu, który ma być podniesiony, a po wyssaniu powietrza granulat twardnieje, membrana zacieśnia się na przedmiocie, dzięki temu można go przenieść. Studenci wypełnili membranę... kawą. Okazuje się, że w tego typu konstrukcjach sprawdza się ona najlepiej. Średnica urządzenia wynosi 348 mm, a jego wysokość to 270 mm.

- Dla nas to była niesamowita przygoda. ESA zainwestowała w nas mnóstwo czasu i wiedzy ekspertów. Mieliśmy dwutygodniowe spotkanie, w trakcie którego mogliśmy się uczyć od ponad dwudziestu specjalistów z różnych dziedzin. Chociaż jesteśmy jeszcze studentami, to jednak mamy już ogromną wiedzę, której w inny sposób nie bylibyśmy w stanie zdobyć - podkreśla Aleksander Gorgolewski, student Wydziału Mechaniczno-Energetycznego Politechniki Wrocławskiej i członek zespołu projektowego „Space is More”.

Realizację projektu umożliwiło m.in. dofinansowanie Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego w ramach grantu „Najlepsi z najlepszych 2.0” oraz pomoc sponsorów.

Z kolei uczestnicy Projektu Scorpio zajmują się m.in. budową łazików marsjańskich. Koszt wybudowania jednego łazika to ok. 16-17 tys. dolarów. Około 60 proc. tej kwoty wykłada uczelnia, pozostałe 40 proc. to po połowie dofinansowanie w gotówce oraz barter - firmy dostarczają elementy, które można wykorzystać w budowie. Do tej pory powstało sześć takich łazików.

- Ostatni, Scorpio X, niebawem przejdzie na emeryturę. Na razie chce go wypożyczyć jeden z ośrodków akademickich - mówi Anna Wójcik, prezes Projektu Scorpio. - Praca nad jednym takim łazikiem trwa około roku. W przedsięwzięcie zaangażowanych jest ponad 20 osób. Każdy poświęca na ten cel średnio 20 godzin tygodniowo.

Opowiada, że z każdym rokiem łaziki są coraz bardziej nowoczesne.

- Nastawiamy się na możliwości autonomicznego sterowania, na to też kładzie się nacisk w konkursach Rover Challenge, w których bierzemy udział - mówi Anna Wójcik.

Łaziki marsjańskie projektowane przez studentów znajdują również zastosowanie na Ziemi, np. w przemyśle górniczym.

Co ciekawe, Scorpio to pierwsza na świecie studencka drużyna, która zaprezentowała swoją konstrukcję w Jet Propulsion Laboratory w NASA. Amerykańska agencja nagrodziła również projekt lądownika marsjańskiego Eagle, przygotowany przez studentów z Koła Naukowego Off-Road Politechniki Wrocławskiej. Eagle zajął drugie miejsce w międzynarodowym konkursie organizowanym przez The Mars Society i właśnie NASA. Młodzi konstruktorzy otrzymali 5 tys. dolarów.

Głównym zadaniem w konkursie było opracowanie koncepcji lądownika, który umożliwiłby dostarczenie na Czerwoną Planetę 10 ton ładunku, używając jedynie dostępnych lub możliwych do opracowania do 2026 roku technologii. Cały projekt miał być zrealizowany tak, aby jego wykonanie było jak najprostsze, najbezpieczniejsze, a przede wszystkim jak najtańsze.

W bazie Vandenberg w Kalifornii 3 grudnia 2018 roku w kosmos wystrzelony został satelita naukowy ESEO S-50 (European Student Earth Orbiter). Znajduje się na nim system telekomunikacyjny skonstruowany przez naukowców i studentów Politechniki Wrocławskiej. Satelita powstał w ramach programu edukacyjnego Europejskiej Agencji Kosmicznej, realizowanego od 2000 roku.

System telekomunikacyjny, antenę łączności szerokopasmowej i część komputera pokładowego obsługującego satelitę zaprojektował i wykonał zespół badawczy dr. hab. Pawła Kabacika z Katedry Systemów Przetwarzania Sygnałów na Wydziale Elektroniki z Politechniki Wrocławskiej.

System jest oryginalnym opracowaniem z rozwiązaniami technicznymi stworzonymi w całości na uczelni. Składa się na niego mikrofalowy nadajnik, komputer pokładowy satelity oraz mikrofalowa antena. Jego zadaniem jest zarządzanie wymianą przesyłanych danych.

Całe urządzenie waży 0,8 kg, zaś antena - wykonana z ultralekkich materiałów - niecałe 40 gramów. Nadajnik pozwala na przesyłanie dużej ilości danych z satelity do stacji naziemnej z prędkością 10 Mbit/sek.

Kolejnym kosmicznym projektem z Wrocławia jest Space is More. Członkowie tego zespołu byli finalistami NASA 3d-Printed Habitat Challenge w roku 2015. Wygrali też konkurs Europejskiej Agencji Kosmicznej „ESA Moon Challenge“ na projekt misji powrotu na Księżyc. Co ciekawe, aktualne plany budowy stacji kosmicznej na orbicie Księżyca są bardzo podobne do tego, co zaproponował zespół Space is More.

Dwa lata temu członkowie tego zespołu zaprojektowali i wybudowali na zlecenie inwestora, spółki Space. Garden, analogowy habitat kosmiczny. Jest to placówka badawcza znajdująca się na terenie nieczynnego lotniska wojskowego w Pile. To tam prowadzone są badania podczas symulacji załogowych misji kosmicznych.

Podczas misji sześcioosobowe załogi są trzymane w izolacji. Pracują i żyją wewnątrz symulatora, a ich zdrowie i zachowanie monitorowane jest przez zespół medyczny. Na placówkę w Pile skierowane są oczy naukowców z całego świata. Polscy badacze współpracują w tym obszarze m.in. z naukowcami z ESA, laboratoriami z Nowego Jorku czy z prestiżowymi uczelniami, takimi jak MIT (Massachusetts Institute of Technology).

- Sukcesów mamy o wiele więcej. Na przykład Dorota Budzyń, uczestnicząca w pracach zespołów Space is More, Dream (firma ScanWay) i Scorpio przygotowuje obecnie europejskich astronautów do misji na Międzynarodową Stację Kosmiczną - mówi Leszek Orzechowski, doktorant na Politechnice Wrocławskiej, współtwórca Space is More.

Sam Orzechowski jest architektem o niezwykłych zainteresowaniach. Projektuje osiedla pozaziemskie. Obecnie uczestniczy w pracach projektowych nad prototypem laboratorium księżycowego, opracowywanym w ramach grantu prowadzonego przez niemiecki ośrodek ZARM przy współpracy z Niemiecką Agencją Kosmiczną.

Mimo sukcesów trudno porównywać nasze firmy z branży kosmicznej z ich odpowiednikami w Europie Zachodniej czy USA. Natomiast w skali Polski pozycja Wrocławia jest wysoka.

- Wrocław rozwija się najszybciej w kraju. To właśnie tutaj specjaliści mają bezkompromisowe podejście do tematów kosmicznych - przekonuje Jędrzej Kowalewski z firmy Scanway. - Firmy, które powstały w stolicy Dolnego Śląska, w dużej mierze składają się ze studentów, którzy nie bali się pójść pod prąd.

W europejskim sektorze kosmicznym pracuje już 231 tysięcy specjalistów, a jego wartość szacuje się na ok. 60 miliardów euro. Tylko budżet Europejskiej Agencji Kosmicznej w 2018 roku wynosił 5,6 miliarda euro.

Według danych dostarczonych przez Ministerstwo Rozwoju oraz Polską Agencję Rozwoju Przedsiębiorczości, nakłady w tym sektorze sięgają około 30 milionów euro rocznie.

W najbliższym czasie wiele może zmienić Krajowy Program Kosmiczny na lata 2019-2021, którego budżet wynosi 248,5 miliona złotych. Dzięki niemu firmy mogą liczyć na wsparcie technologii posiadających wysoki potencjał komercyjny. Ten program stanowi wielką szansę na przyśpieszenie rozwoju polskiej branży kosmicznej.

Szacuje się, że dzięki sektorowi kosmicznemu polska gospodarka na przestrzeni kilku ostatnich lat zyskała ponad 200 milionów złotych.