Pierwszy polski satelita – PW-Sat1

TLE NORAD to spis wszystkich obiektów na orbicie okołoziemskiej, jaki jest uaktualniany w czasie rzeczywistym przez Dowództwo Obrony Północnoamerykańskiej Przestrzeni Powietrznej i Kosmicznej (North American Aerospace Defense Command - NORAD). Gdy 28 października 2014 roku satelita PW-Sat1 został usunięty z katalogu TLE NORAD, oznaczało to, że NORAD zaprzestało jego śledzenia. W czasie, jaki upłynął od jego ostatniego namierzenia kilka godzin wcześniej, satelita zszedł już z orbity na tyle nisko, że zakończył swe rozciągnięte w czasie, powolne spadanie na Ziemię i spłonął w atmosferze.
Tak oficjalnie zakończyła się planowana na rok, a trwająca dokładnie 2 lata, 8 miesięcy i 15 dni misja PW-Sat1 – pierwszego polskiego sztucznego satelity Ziemi.

Wszystko rozpoczęło się dekadę wcześniej, a właściwie jeszcze wcześniej, bo w 1999 roku, gdy dwa amerykańskie uniwersytety, Politechnika Kalifornijskiego Uniwersytetu Stanowego i Uniwersytet Stanforda – w celu zminimalizowania kosztów wysyłania ładunków na orbitę – opracowały podstawy specyfikacji tzw. „CubeSat” (satelit-kostek). Jako standardową jednostkę przyjęto wtedy bryłę (kostkę) o wymiarach 10x10x10cm i jej wielokrotności, co można przyrównać do systemu używanego we frachcie morskim, w którym standardową jednostką jest kontener. Dzięki temu można było o wiele łatwiej załadować na rakietę wynoszącą w kosmos wiele standardowych „kostek” należących do różnych właścicieli na raz, podobnie jak ładuje się standardowe kontenery na okręt morski, co samo w sobie nie obniża samego kosztu wysyłki, ale dzięki skomasowaniu wielu ładunków koszt ten rozkłada się tym samym na większą liczbę „nadawców” i w ten sposób staje się o wiele niższy dla każdego z „nadawców”. Jak zauważono już wcześniej, większość rakiet wykorzystywanych do wysyłki ładunków w kosmos rzadko kiedy była wyładowana aż po sam „czubek”, a nierzadko zaledwie w połowie, podczas gdy koszt wystrzelenia rakiety za każdym razem jest mniej-więcej taki sam. Opracowanie standardu „CubeSat”, dzięki któremu można było lepiej wypełnić dotychczas niewykorzystaną przestrzeń ładunkową rakiet, niebagatelnie wpłynęło na zmniejszenie kosztów wysyłki ładunków na orbitę - a tym samym na zwiększenie ich dostępności dla większej liczby chętnych.

Montaż PW-Sat1 w 2011 r.

Standard „CubeSat” został zaakceptowany zarówno przez RosKosmos jak i NASA i w 2003 roku pierwsza rakieta Rokot/Briz-KM, poza swym głównym ładunkiem trzech satelit (jakimi były kanadyjski teleskop kosmiczny „MOST”, rosyjska makieta testowa satelity obserwacyjnego „Monitor-E” i czeski mini satelita „MIMOSA”) po raz pierwszy wyniosła na orbitę także ładunek ośmiu „CubeSatów”, na którą składało się 6 pierwszych satelit spakowanych w standardowe „kostki” (jeden z nich zajmował objętość trzech „CubeSatów”). Od tego momentu zainteresowanie wysyłaniem własnych satelit i urządzeń w kosmos znacznie rozpowszechniło się na całym świecie, nie tylko w świecie akademickim (były nawet finansowane za pomocą crowdfundingu na Kickstarterze), a standard „CubeSat” został zaakceptowany przez wszystkie światowe agencje kosmiczne wysyłające ładunki w kosmos własnymi pojazdami/rakietami.

Rok później, w październiku 2004 roku, a więc równo dekadę temu, grupa studentów Politechniki Warszawskiej przy wsparciu Centrum Badań Kosmicznych PAN postanowiła zbudować satelitę zgodnego ze standardem „CubeSat 1U” (1U znaczy 1 Unit, czyli jedna jednostka o wymiarach 10x10x10cm). Byli to przede wszystkim członkowie Studenckiego Koła Astronautycznego działającego na Wydziale Mechanicznym Energetyki i Lotnictwa i Studenckiego Koła Inżynierii Kosmicznej działającego na Wydziale Elektroniki i Technik Informacyjnych: Jan Kostrzewa, Kamil Bobrowski, Andrzej Cichocki, Marcin Dobrowolski, Rafał Graczyk, Marcin Iwiński, Adam Kostrzewa, Michał Kurowski, Grzegorz Woźniak, Marcin Stolarski, Tomasz Szewczyk, Andrzej Kotarski oraz koordynator projektu Maciej Urbanowicz.

Główne cele skonstruowania i wysłania satelity na orbitę były dwa: pierwszym były eksperymenty z wykorzystaniem elastycznych (rozciągliwych) ogniw słonecznych, a drugim wykorzystanie utworzonego z tych ogniw „ogona” w celu przyspieszenia deorbitacji satelity - a tym samym teoretycznie kontrolowanej, a przynajmniej bardziej przewidywalnej trajektorii spadku. Skuteczny system kontroli nad „spadającymi” w atmosferę obiektami jest jednym z bardzo ważnych zagadnień obecnej eksploatacji najbliższego nam kosmosu, gdyż kontrolowane strącanie z orbity lawinowo rosnącej liczby nieaktywnych satelitów ogromnie zmniejszyłoby zagrożenie ze strony tych groźnych, kosmicznych śmieci.

Vega VV01 przed lotem,
13 lutego 2012 10:47 UTC

Początkowo jego wystrzelenie planowano na sierpień 2006 roku, jednak zdecydowano się zaczekać na lot najnowszej rakiety ESA (wówczas planowany na koniec 2008), ponieważ w konkursie zorganizowanym przez ESA projekt zyskał miejsce w rakiecie. Prawdopodobnie najważniejszy był jednak fakt, że dla studentów PW była to darmowa oferta w ramach pierwszego, testowego lotu rakiety, tak więc studenci z PW nie musieli ponosić żadnych kosztów lotu (ceny wysłania ładunku 1 jednostki „CubeSat” - zależnie od masy i wymagań oraz agencji kosmicznej - wahają się od kilkunastu do kilkuset tysięcy dolarów). Polscy akademicy mieli jednak pecha: problemy z będącą wówczas jeszcze w fazie testowania rakietą Europejskiej Agencji Kosmicznej „Vega” (Vettore Europeo di Generazione Avanzata) piętrzyły się i spowodowały kilkakrotne przesunięcia terminu.
Po aż pięcioletnim opóźnieniu ESA (European Space Agency - Europejska Agencja Kosmiczna) i ASI (Agenzia Spaziale Italiana - Włoska Agencja Kosmiczna, główny projektant i wykonawca rakiety „Vega”) ostatecznie jednak pokonały wszystkie problemy i w drugiej połowie 2011 roku zaczęto planować jej lot. Czekający już od kilku lat PW-Sat1 został załadowany do zasobnika rakiety 9 listopada 2011 r., a 23 stycznia 2012 roku rakieta została postawiona na platformie startowej ELV w Kourou w Gujanie Francuskiej.

13 lutego 2012 roku o godzinie 10:00 UTC, na wyrzutni Gujańskiego Centrum Kosmicznego nastąpił pierwszy, dziewiczy start i lot rakiety „Vega” numer VV01. W jej ładowni głównym ładunkiem były 2 duże satelity LARES i ALMASat, zaś pozostałą przestrzeń wypełniało 7 „CubeSatów” wybranych przez ESA - wśród nich nasz PW-Sat1. Godzinę później, o 11:10 UTC (12:10 CET - czasu w Polsce) na niskiej orbicie okołoziemskiej nastąpiło otwarcie zasobnika P-POD-2 i oddzielenie satelit ROBUSTA, MaSat-1 i PW-Sat1 od rakiety nośnej. Tym samym pierwszy polski sztuczny satelita ziemi PW-Sat1 rozpoczął własny, samodzielny już lot i misję. Jego sygnały wysłane z kosmosu zostały po raz pierwszy odebrane przez radioamatorów na Ziemi prawie natychmiast. W Polsce sygnał został po raz pierwszy odebrany przez stację naziemną w CAMK (Centrum Astronomiczne im. Mikołaja Kopernika PAN) o godzinie 12:15 UTC (13:15 CET). Radioamatorom na świecie udało się także odkodować transmitowane przez PW-Sat1 protokołem AX.25 pakiety komunikacyjne, w tym żartobliwy komunikat w języku angielskim, jaki został zamieszczony między danymi telemetrycznymi przez jego twórców i nawiązujący do popularnej kultury, m.in. do nadal bijącej wówczas rekordy popularności gry komputerowej „StarCraft” (obca cywilizacja Protoss) i serialu telewizyjnego „Star Trek” (cywilizacja Borgów, asymilująca podbite cywilizacje z hasłem „opór jest daremny”):

…UWAGA - WYKRYTO WIELOKROTNE KONTAKTY Z OBCYMI I OBECNOŚĆ STATKU KOSMICZNEGO PROTOSS - SPŁONIĘCIE W ATMOSFERZE NIEUNIKNIONE - OPÓR JEST DAREMNY - NIECH ŻYJE DR KUREK…

Transmisja z PW-Sat1 zdekodowana
przez japońskiego radioamatora

Dowcipna wiadomość została bardzo życzliwie przyjęta i była mile komentowana w internecie; zarazem wywołała pewną falę zaciekawienia wśród obcokrajowców i uzdolnieni lingwistycznie Polacy musieli tłumaczyć na różne języki swych zagranicznych przyjaciół o co chodzi w ostatnim członie wiadomości oraz kim był dr Andrzej Kurek z niegdyś popularnego w Polsce programu telewizyjnego „Sonda”…

Orbitalna misja PW-Sat1 zaplanowana została na rok, podczas której miano testować elastyczne ogniwa, po czym satelita w ramach eksperymentu z „ogonem”, mającym przyspieszyć jego spadek, miał zostać deorbitowany. Niestety, pech nie opuszczał naszych naukowców.
Szybko okazało się, że w pierwszych dniach misji zużyto zbyt dużo energii z pokładowych baterii. Satelita przelatując nad Polską znajdował się w cieniu, przez co zużycie energii z baterii podczas sesji łączności było jeszcze większe. Ogniwa słoneczne na powierzchni satelity nie potrafiły nadrobić jej ubytku bez rozwinięcia „ogona” systemu deorbitacji, a żeby rozwinąć „ogon” potrzeba było więcej energii… Operacja rozłożenia „ogona” była pierwotnie zaplanowana na koniec marca 2012 roku, jednak odłożono ją w czasie aby pozwolić na doładowanie pokładowych baterii i pierwsze próby wykonano dopiero na przełomie kwietnia i maja 2012 roku.
W tym czasie ujawnił się jednak kolejny pech.
Nastąpiły trudności w komunikacji z satelitą i wielokrotnie przekazywane z Ziemi polecenia wysunięcia „ogona” nie zostały przyjęte przez PW-Sat1. Jak się później okazało, nie była to wina polskich konstruktorów, gdyż podobne problemy pojawiły się w kilku innych satelitach „CubeSat” korzystających z takiego samego, wadliwie wyprodukowanego modułu komunikacyjnego. Niemniej oznaczało to, że brak reakcji satelity na komendy z Ziemi nie tylko, że uniemożliwiło rozwinięcie „ogona” i przeprowadzenie drugiego eksperymentu z kontrolowaną, przyspieszoną deorbitacją satelity, ale samo sterowanie satelitą stało się niemożliwe i odtąd orbitował według własnej trajektorii…

Aplikacja do odczytu danych telemetrycznych PW-Sat1
zrzut ekranu z 2012-08-09

Dokładnie rok po wystrzeleniu satelity na orbitę, 13 lutego 2013 roku, uczestnicy projektu opublikowali oficjalną informację, w której potwierdzono istnienie problemów z przedwczesnym wyczerpywaniem się akumulatorów i brakiem reakcji satelity na komendy sterujące. Oznaczało to po prostu całkowitą utratę kontroli nad satelitą.
A PW-Sat1 krążył sobie na orbicie wokół Ziemi jeszcze przez kolejny rok, zanim grawitacja stopniowo, ale nieubłaganie ściągnęła go w górne warstwy atmosfery, gdzie spłonął w „swobodnym” locie ku ziemi (zamiast „zginąć” rok wcześniej w deorbitacji przyspieszonej i teoretycznie kontrolowanej przez „ogon”).
Misja zakończyła się więc niepowodzeniem, jednak dla wielu Polaków – w tym dla piszącego te słowa – był to nadal sukces, ponieważ dzięki samemu wyniesieniu PW-Sat1 na orbitę Polska w końcu dołączyła do krajów, które posiadały własne satelity na orbicie Ziemi. Krótko mówiąc, trochę inny od planowanego sposób jego likwidacji, czy też pięcioletnie opóźnienie w jego wystrzeleniu (które to i tak niewiele przecież znaczyły w stosunku do ponad pół wieku opóźnienia, jakie upłynęło od chwili umieszczenia „Sputnika” na orbicie przez Związek Sowiecki w 1957 roku), dla większości Polaków nie mogły przyćmić samego faktu zaistnienia polskiego satelity.

Całe przedsięwzięcie podobno kosztowało jedynie ok. 200 tys. zł. i zostało sfinansowane ze środków pochodzących z budżetu własnego uczelni (oraz darmowej dla nas, ale opłaconej przecież przez Europejską Agencję Kosmiczną podróży satelity na orbitę Ziemi na pokładzie rakiety „Vega”). Jednak efekt propagandowy tego przedsięwzięcia był nie do zmierzenia, albowiem dzięki pomysłowi i uporowi grona polskich studentów (obecnie już naukowców) w 2012 roku Polska w końcu dołączyła do grona krajów eksplorujących może jeszcze nie kosmos, ale przynajmniej najbliższe okolice naszej planety. Co prawda stało się to „psim swędem”, za „psie pieniądze” i właściwie „fuksem” (gdyż jestem absolutnie przekonany, że gdyby Politechnika Warszawska musiała opłacić także wyniesienie satelity na orbitę z własnych pieniędzy, to projekt ten nigdy nie doszedłby do skutku; w Polsce od 1945 roku po dzień dzisiejszy niestety nigdy nie było i nadal nie ma chęci wydawania pieniędzy na dwie rzeczy: na naukę i na służbę zdrowia – ale to już osobny temat), to jednak co by o tym nie pisać i wbrew różnym narzekaczom – pierwszy polski sztuczny satelita Ziemi stał się historycznym już faktem.
A nazywał się PW-Sat1 i orbitował dookoła nas przez 988 dni, od 13 lutego 2012 do 28 października 2014 roku.

© DeS
(Digitale Scriptor)
13 lutego 2015
specjalnie dla: Ilustrowany Tygodnik Polski ☞ tiny.cc/itp2

P.S. Politechnika Warszawska nie poprzestała na PW-Sat1 (czasem nazywanym PW-SAT-1 lub po prostu PW-Sat, bez numeru). Już od 2013 r. trwają prace nad drugim, o wiele większym satelitą PW-Sat2, który „spakowany” do lotu ma zajmować dwie jednostki „CubeSat” („CubeSat 2U”) i który ma wykonać eksperyment, jakiego nie udało się przeprowadzić z PW-Sat1.
Jak podano w materiałach promocyjnych PW:

Celem drugiego satelity projektowanego przez członków Studenckiego Koła Astronautycznego jest test innowacyjnej technologii deorbitacji. Zespół składający się z ponad 30 studentów z różnych wydziałów Politechniki Warszawskiej rozpoczął prace w 2013 roku, a wyniesienie satelity w kosmos planowane jest na koniec 2018 roku.

Panowie studenci: jestem przekonany, że nie tylko ja, ale cała Polska jesteśmy z Was dumni i trzymamy kciuki za PW-Sat2!

Digitale Scriptor

☞ Wikipedia
☞ Witryna oficjalna
☞ Materiały promocyjne [plik PDF]

Ilustracje:
fot.1 © brak informacji / Archiwum ITP
fot.2 © Paweł Sańczyk
fot.3-5 © S. Corvaja / ESA
fot.6 © DeS / zrzut ekranu
fot.7 © brak informacji / www.dk3wn.info

Wideo:
wideo 1 © Studenckie Koło Astronautyczne PW / youtube.com
wideo 2 © Defence24 / youtube.com

---

MATERIAŁY PRZYWRÓCONE Z KOPII ZAPASOWYCH, Z TEGO POWODU ORYGINALNY FORMAT MOŻE NIE PASOWAĆ DO FORMATU OBECNEGO BLOGU. NIEKTÓRE ILUSTRACJE MOGĄ BYĆ OBECNIE NIEDOSTĘPNE, A LINKI MOGĄ BYĆ NIEAKTUALNE.

UAKTUALNIENIE: 2018-10-26-15:20 CET / J. (ilustracje + nowe materiały wideo)