To będzie ważny dzień dla polskiej nauki! Polski MUPUS "wbije się" w jądro komety!

Naukowy świat wstrzyma w środę oddech. Po raz pierwszy w historii sonda z Ziemi będzie lądować na jądrze komety. Szczególne emocje będą towarzyszyły naukowcom z Centrum Badań Kosmicznych PAN w Warszawie, którzy budowali niektóre elementy aparatury lądownika. Dla Jerzego Grygorczuka szczególnie emocjonujący będzie kolejny dzień, kiedy do pracy przystąpi skonstruowany w Polsce MUPUS - rodzaj młotka i detektora do badań warstw pod powierzchnią jądra komety.

Grzegorz Jasiński: W jakiej strefie czasowej jest pan w tej chwili? Śledzi pan ten nasz polski czy ten czas, który obowiązuje w misji kosmicznej rozgrywającej się gdzieś tam daleko w kosmosie?

Jerzy Grygorczuk: Nie, ja ciągle jestem na czasie polskim, warszawskim. Dla mnie misja, końcówka tej misji, bo zaczęliśmy ją już kilkanaście lat temu, zacznie się, kiedy lądownik dotknie powierzchni komety.

Proszę mi powiedzieć, jakie emocje temu towarzyszą? Wspomniał pan o tym, że misja, cała ta praca trwa już kilkanaście lat. Ale oczywiście od wielu lat misja jest jakby zamrożona. To, co państwo zrobiliście, poleciało w kosmos, no a teraz zbliżają się te dni, kiedy się wszystko okaże. Co pan czuje?

Rzeczywiście pracowaliśmy bardzo intensywnie przez 4 lata jeszcze w zeszłym wieku. A teraz czekamy, czekaliśmy, aż misja poleci i przez 10 lat będzie podróżowała, by w końcu dotrzeć do komety. Emocje oczywiście rosną. W tej chwili nazwałbym je jeszcze umiarkowanymi, ale sądzę, że za kilka dni osiągną apogeum.

Proszę powiedzieć, jak pan przyjmuje te wszystkie wiadomości, które płyną z Rosetty? Te zdjęcia, informacje na temat kształtu jądra komety?

Z symulacji wynikał inny kształt. W ogóle trzeba wiedzieć, że to nie jest ta kometa, do której zamierzaliśmy się udać. To miała być kometa Wirtanen, ale ze względu na opóźnienie tej misji tamta kometa odleciała i trzeba było wybrać następną. Jej kształt wydawał się bardzo zbliżony do poprzedniej, może to nie była regularna bardzo bryła, ale przypominająca jednak bardziej kartofel niż to, co widzimy teraz, z takim siodłem. Ale cóż, zostało wybrane takie miejsce lądowania, które - wydaje się - może zagwarantować sukces. Chciałbym też nadmienić, że w ogóle to już ten sukces chyba jest. Bo pamiętam, jak kiedyś zadano w ESA pytanie, jakie jest prawdopodobieństwo, że ta misja po tylu latach odnajdzie tak małą kilkukilometrową kometę w kosmosie, milion kilometrów od Ziemi. No to powiedziano: 80 procent. W tej chwili wiadomo, że odnaleziono i zamierzamy za chwilę lądować.

Nie tylko odnaleziono, ale też udało się umieścić Rosettę w pobliżu, krąży, fotografuje, szuka miejsca do lądowania. To miejsce do lądowania niestety, według tych pierwszych doniesień, nie było takie wygodne, komfortowe. Okazało się, że nie ma tam takiego płaskiego dużego lądowiska, na którym ten lądownik Philae mógłby tak całkiem spokojnie wylądować. Niepokoicie się panowie o to, czy wszystko będzie OK? Czy raczej wydaje się na obecnym etapie, że nie będzie kłopotów?

Nikt chyba nie spodziewał się idealnie równej powierzchni. I to miejsce, które wybrano, ma stosunkowo małe nachylenie terenu, a poza tym niewiele jest tam kamieni czy większych obiektów rozrzuconych dookoła. Czyli prawdopodobieństwo, że wylądujemy na w miarę równej powierzchni, jest jednak spore. Oczywiście gwarancji nie ma.

Porozmawiajmy o środzie i o tym momencie, który wszyscy będziemy przeżywać, gdy lądownik zostanie już uwolniony z sondy Rosetta i zacznie podróż do jądra komety. Jak to będzie wyglądać, o jakich mechanizmach będziemy tam mówić?

To bardzo skomplikowany mechanizm lądowania, ponieważ kometa charakteryzuje się tym, że jest tam bardzo niska grawitacja w porównaniu z tą, jaką mamy na Ziemi. Z tego powodu było nawet trudno przetestować ten system lądujący. On został opracowany przez doktora Rosenbauera z Niemiec, zresztą kierownika naukowego tego projektu. Lądownik składa się z takiego podwozia, które ma zapewnić amortyzację podczas pierwszego zetknięcia z powierzchnią. Ale to by nie wystarczyło, oprócz tego są tam dwie takie kotwice, które zostaną natychmiast wystrzelone w kierunku powierzchni komety, żeby zakotwiczyć lądownik. Bo w przypadku, gdyby on się odbił i to nawet z niezbyt wielką prędkością, bodajże metr na sekundę, to on już by bezpowrotnie poleciał w kosmos. On już by nie został na tej komecie. To konsekwencje tak niskiej grawitacji.

Co wiemy w tej chwili o tym miejscu, w którym lądownik - miejmy nadzieję: powoli - uderzy w powierzchnię? Czy tam jest piasek? Czy tam jest miękko? Jak panowie w tej chwili oceniacie?

Z informacji, które posiadamy, też od kolegów z Europejskiej Agencji Kosmicznej, wynika, że choć kometa teoretycznie powinna składać się z dużej ilości wodnego lodu, to w tej chwili na powierzchni się go praktycznie nie obserwuje. Wynika to z tego, że najprawdopodobniej ten lód odparował już i na powierzchni są takie warstwy piachu, kamieni, luźnego gruntu. Natomiast z wykonanych już pomiarów wynika, że grunt nie powinien być bardzo twardy, ponieważ ciężar właściwy komety ocenia się na 0,5. A jednak ciągle jest taka pewność, że ona w ogromnej części składa się z lodu wodnego, co by świadczyło, że przy tym ciężarze właściwym to
struktura tego jądra komety musi być bardzo porowata. W związku z czym wbicie nie powinno być jakieś ekstremalnie trudne. Raczej takie, jak zakładaliśmy.

Jak długo będzie trwał ten lot do momentu, kiedy lądownik spadnie na powierzchnię jądra komety? Jak to państwo oceniacie?

On w momencie odłączenia się od całego orbitera, od tego dużego statku ponad 3-tonowego, będzie leciał 7-8 godzin. Musiałbym to sprawdzić, bo tam było kilka różnych branych pod uwagę scenariuszy. Ale coś trochę ponad 7 godzin. On zostanie odłączony przy pomocy takiego mechanizmu sprężynowego, który nada mu początkową prędkość około metra na sekundę. Na pokładzie jest system żyroskopowy, który zapewni, że lądownik będzie regularnie opadał, nie wpadnie w jakieś rotacje, koziołkowanie itd., czyli że wyląduje podwoziem w kierunku powierzchni.
I ponieważ tam nie ma dodatkowej grawitacji ze strony tego jądra komety, to nie będzie przyspieszał?

Praktycznie nie. Bardzo niewiele. Tej różnicy prędkości się nie zauważy.

Jak szybko dostaniemy informację, że się wszystko udało? Że jest na powierzchni i przyczepił się, złapał?

Wydaje mi się, że stosunkowo szybko, bo to jest taka informacja, na którą wielu czeka. Natomiast przekaz sygnału radiowego - bo z takiej właśnie transmisji korzystamy - z komety na Ziemię będzie trwał około 40 minut.

To będą nerwowe minuty, prawda?

Być może tak, natomiast dla mnie bardziej nerwowy będzie kolejny moment, mianowicie dopiero we czwartek o godzinie 20. Kiedy zacznie pracę urządzenie, które ja konstruowałem. To dla mnie będzie bardziej ekscytujące. Ponieważ ja w najmniejszym stopniu nie odpowiadam za ten lądownik. Przyjmę z dużym spokojem każdy rezultat. Nawet, jeżeli coś się tam nie powiedzie - z tego powodu, że to są trudne misje, bardzo trudne rozwiązania. Trzeba dodać, że takie właśnie nastawienie jest potrzebne. Pamiętajmy, że ze wszystkich misji marsjańskich tylko co czwarty lądownik zakończył swoją pracę sukcesem. A to lądowanie na komecie odbędzie się po raz pierwszy i warunki lądowania są bez porównania trudniejsze. Tak że jeżeli się uda, to będzie to bardzo poważny sukces.

Przejdźmy więc do tego urządzenia, o którym pan już wspomniał. O urządzeniu, w którego tworzeniu miał pan bardzo istotny udział. Nazywa się MUPUS - co to jest?

MUPUS jest taką sondą termiczną, a w zasadzie penetratorem, który ma za zadanie wbić się w warstwy podpowierzchniowe jądra komety i przeprowadzić pewne pomiary. Nie jest to jakiś ogromny penetrator, długość tego pręta, który ma się wbić wynosi tylko około 40 centymetrów, ale więcej nie było miejsca na lądowniku. Pręt wykonaliśmy z kompozytów, z tytanowym grotem. Tam w środku mieści się 16 czujników termicznych i te czujniki dadzą nam informacje o profilu termicznym tych warstw podpowierzchniowych. Dodatkowo one pracują też aktywnie. Można je podgrzać i potem obserwować, jak szybko będą schładzane. A schłodzenie odbywa się przez kontakt z otaczającym gruntem. Czyli otrzymamy informację o właściwościach termicznych gruntu komety, o jego porowatości i innych parametrach. Dodatkowo jeszcze - to było na moje żądanie - umieściliśmy tam czujnik głębokości. Podczas wbijania się tego penetratora będziemy rejestrowali te procesy, a to z kolei da nam informacje o wytrzymałości mechanicznej gruntu. Im ten grunt będzie twardszy, tym będziemy wbijali się wolniej. Jeśli grunt nie będzie zbyt trudny do pokonania, to oczywiście tempo wbijania będzie szybsze.

Pod tym względem chyba informacja, że tego lodu na powierzchni nie widać, jest dobra, bo wydaje się, że powinno być trochę łatwiej?

I tak, i nie. Z symulacji, które tam kilkanaście lat temu przeprowadzano, wynikało w ogóle, że na powierzchni będzie warstwa lodu, ale o grubości tylko 2 centymetrów - czyli taka zmarznięta skorupa. A głębiej zacznie się taki grunt o mniejszej wytrzymałości, powiedzmy: typu śnieg - wielokrotnie mniej wytrzymały. Ponieważ my skonstruowaliśmy urządzenie z takim napędem młotkowym, któremu niezbyt trudno jest się przebić nawet przez takie twardsze warstwy, po pokonaniu tej warstwy lodowej, dwucentymetrowej, mielibyśmy stosunkowo łatwe wbijanie. W tej chwili, ponieważ te symulacje się nie potwierdziły, rzeczywistość jest inna, to trudno przewidzieć, jaki ten grunt jest.

Czy pamięta pan dzień, kiedy ostatni raz widział pan MUPUS-a, przekazywał go pan do dyspozycji tych, którzy go potem spakowali, zainstalowali i w końcu wysłali w podróż?

Ja bardzo dobrze pamiętam ten dzień. Nie pamiętam daty już dokładnie, ale to było około 2001 roku, kiedy przekazywaliśmy już ostatecznie to urządzenie. Też osobiście nie mogłem tego urządzenia montować, ponieważ wyznaczona była tylko jedna osoba, która była uprawniona do montażu tych urządzeń. Pamiętam dokładnie - i to wrażenie pozostanie na długo - że jak robiliśmy ten trudny system, to wiele było pytań, czy my sobie z tym poradzimy, czy zdążymy na czas itd. Natomiast podczas montażu, tej integracji naszego urządzenia z lądownikiem, okazało się, że taki rodzaj balkonu, na którym wszystkie urządzenia pomiarowe były montowane, był jeszcze pusty. Nasza aparatura była jedną z pierwszych, które zostały tam zamontowane. Czyli zdążyliśmy.

Jak pan ocenia, czy była jakakolwiek możliwość sprawdzenia stanu państwa urządzenia w ciągu tej misji czy po obudzeniu się sondy Rosetta? Czy tak naprawdę dopiero w czwartek poznamy odpowiedź na pytanie, jak urządzenie przetrwało podróż?

Mamy informacje o poprawności działania naszego systemu. Wynika to z tego, że w ogóle, aby dostać się tam na pokład, musieliśmy przejść szereg testów kwalifikacyjnych, akceptacyjnych - bardzo wymagających. Następnie to wcale nie było pewne, że zostaliśmy zakwalifikowani na misję. Proszę sobie wyobrazić, ja kiedyś to tak myślałem, że jak już jesteśmy fizycznie przykręceni do pokładu, to już jesteśmy na misji. Otóż to potwierdzenie, że my jesteśmy na misji było dopiero po tak zwanej procedurze commissioning, która nastąpiła kilka miesięcy po wystrzeleniu rakiety. Wtedy połączono się z nią i zbadano, czy wszystkie przyrządy odpowiadają i pracują normalnie. Oczywiście w naszym przypadku sprawdziliśmy komputer pokładowy, połączenia, komendy i tak dalej. Natomiast nie sprawdziliśmy pracy młotka - systemu wbijającego, bo przecież nikt nie chce przedziurawić lądownika. Tak że ten system zostanie dopiero teraz za kilka dni sprawdzony naprawdę.

Prace się zaczęły w 1996 roku.

Na przełomie 1996-1997.

Kto w nich uczestniczył, jaka ekipa z Polski brała w tym udział, ile osób?

Takich głównych wykonawców było kilku. To było pod przewodnictwem wtedy jeszcze doktora Marka Banaszkiewicza, obecnie profesora i dyrektora Centrum Badań Kosmicznych. Był doktor Marczewski, inż. Gadomski, inż. Krasowski - którzy opracowywali elektronikę. A pan Marczewski te sensory termiczne. Natomiast za całość mechaniki, za ponad 200 różnych części i kilka mechanizmów, właśnie wbijających, wysuwających, blokujących to urządzenie, odpowiedzialny byłem osobiście ja.

Ten młotek - bo tak też na niego mówimy - będzie pracował nie bezpośrednio przy samym lądowniku, on będzie troszkę odsunięty? Czy dobrze rozumiem?

Tak, dokładnie, to zadanie jednego z mechanizmów. Bo MUPUS to nie jest tylko penetrator, ale właśnie inne mechanizmy. My zbudowaliśmy cały system wysuwający penetrator z balkonu lądownika. Bo proszę sobie wyobrazić, że jak wylądujemy na komecie, to nasz przyrząd będzie około 60 centymetrów powyżej gruntu. I my właśnie po to, żeby dostać się do tego gruntu, zaczniemy go wysuwać specjalnym mechanizmem na zwijanych taśmach, bardzo lekkim, a stosunkowo sztywnym. Według planu, osiągniemy powierzchnię w ciągu 5 minut. I wtedy dopiero nastąpi wbijanie.

Jak długo będzie trwał eksperyment od momentu, kiedy państwo już wejdą w kontakt z gruntem, do chwili, kiedy państwa zdaniem eksperymenty możliwe do przeprowadzenia przy użyciu tego urządzenia się zakończą?

Jest kilka faz. Więc przede wszystkim to wysuwanie będzie trwało parę minut - to nastąpi szybko. Następnie wbijanie, to zależy od twardości, wytrzymałości tego gruntu komety. Nasze urządzenie jest tak zbudowane, że mamy 4 różne biegi, o różnych właściwościach energetycznych. Zaczniemy od tego napędu najlżejszego, jeżeli to nie pomoże, to przechodzimy do większego poziomu energetycznego, aż w końcu do najwyższego, czyli czwartego. Szacowane jest, że jeżeli ten grunt będzie, powiedzmy, miał wytrzymałość śniegu czy takiego śniegu lekko zmrożonego, to my byśmy się wbili w ciągu kilkunastu minut. Natomiast jeżeli on będzie bardzo twardy, to może to trwać kilka godzin. Mamy ograniczenie programowe, że nie będzie więcej, niż około tysiąca uderzeń. Jeżeli podczas tysiąca uderzeń młotka to się nie wbije, to szkoda próbować.

Jak potem będzie wyglądał eksperyment, kiedy już urządzenie znajdzie się w pozycji odpowiedniej i zagłębi się? Na jaką największą głębokość może sięgnąć?

Chciałbym jeszcze dodać taki szczegół, że jeżeli zagłębimy się gdzieś na 3/4 głębokości, czyli powiedzmy 30 centymetrów, to nastąpi odłączenie tego systemu wysuwającego. Te taśmy zostaną zwinięte, powędrują na pokład lądownika. I my będziemy połączeni z lądownikiem już tylko przy pomocy kabla, elektrycznego i doprowadzającego sygnały. Wtedy właśnie będziemy dobijać się do końca, czyli do pełnej głębokości 40 centymetrów, już bez asysty tego systemu wspomagającego i wysuwającego.

Chodzi między innymi o to, żeby nie zakłócać potem pomiarów?

Tak, tak, chodzi o to, by nie było zakłóceń. W ogóle mechanizm wysuwający był potrzebny nie tylko po to, by dostać się do tego gruntu, ale żeby pracować w pewnej odległości od lądownika, aby nie być na przykład w jego cieniu. Nie po to się leci milion kilometrów od Ziemi, nie po to chce się wykonać pomiary termiczne, żeby je wykonać w cieniu lądownika.

To byłby rzeczywiście pech, to prawda. Jak długo te pomiary jeszcze będą trwać? Jak panowie to oceniacie?

Zasadnicza część pomiarów, kiedy my mamy jak gdyby stuprocentowo zapewniony dostęp do zasilania pokładowego z baterii lądownika, będzie trwała około 8 godzin - i to jest gwarantowane. To dość długi czas, by można dokonać szeregu pomiarów. Natomiast, jeżeli nastąpi doładowanie z baterii słonecznych, to my możemy jeszcze mieć takie sesje pomiarowe wielokrotnie, w ciągu 2-3 miesięcy.

Czy wiemy w tej chwili, jak często to miejsce lądowania będzie oświetlone, jak to w tej chwili wygląda, czy jądro się obraca? Czy ono ma już takie korzystne ustawienie?

To jądro wyraźnie się obraca, ta kometa rotuje. Ja teraz nie mogę sobie przypomnieć, ile to jest godzin, ale to jest krócej, niż Ziemia się obraca. Tak że my w ciągu tego cyklu pomiarowego będziemy mieli, co jest bardzo korzystne, zarówno oświetlenie w dzień, jak i będziemy pracować w cyklu nocnym.

Co oczywiście spowoduje, że baterie słoneczne nie będą działać, ale pomiary będą ciekawsze, bo będzie można zaobserwować te różnice pomiędzy dniem a nocą.

Dokładnie o to też chodzi.