Z?oto wysy?amy w kosmos, czyli wspominamy misje kosmiczne, do których dorzucili?my swoj? cegie?k? – rozmowa z dr. Janem Kulawikiem

?

Troch? poszuka?am. Przejrza?am twoje publikacje naukowe z ostatniego ?wier?wiecza. Chyba najstarsza, któr? znalaz?am, mia?a oczywi?cie tytu?, który brzmi bardzo egzotycznie: ?Manufacturing of precision resistors based on NiP and Ni-W-P layers obtained by means of chemical reduction method?”. Czy ty j? w ogóle pami?tasz?

?

Pami?tam, ?e robili?my kiedy? rezystory metod? chemicznej redukcji niklu na ceramice i ten nikiel zawiera? w sobie te? fosfor, ?eby mu troszeczk? podnie?? rezystancj? i obni?y? jej temperaturowy wspó?czynnik. To s?u?y?o do robienia bardzo precyzyjnych rezystorów, bo u nas za ?cian? by?a firma, która robi bardzo precyzyjne rezystory i to z dok?adno?ci? do jednej setnej procenta nawet, czyli bardzo dok?adnie.

No ale co z tego, ?e si? zrobi bardzo dok?adny rezystor, jak ze zmian? temperatury warto?? rezystancji zmieni si? o 1%? To wtedy ju? to do aparatury pomiarowej si? nie nadaje. Wi?c robili?my taki materia?, który umo?liwia? zrobienie rezystorów metod? chemicznej redukcji, które s? bardzo precyzyjne i zmieniaj? si? tylko o pojedyncze cz??ci na milion (ppm) na stopień Celsjusza.

W zwi?zku z tym, nawet jak rezystor zmieni? temperatur? o kilkadziesi?t stopni, to ca?a zmiana rezystancji to by? jaki? malutki u?amek procenta. Zatem wdro?yli?my to, robili?my te rezystory dla tej firmy, która by?a za ?cian?, i oni to produkowali i sprzedawali z sukcesem.

Prosz? mi powiedzie?, do czego s?u?y rezystor, bo nie ka?dy czytelnik mo?e rozumie??

Precyzyjny rezystor to opornik, który s?u?y g?ównie do wyrobu aparatury pomiarowej. Te by?y bardzo precyzyjne, bo o ile rezystory sprowadzane wtedy z Chin kosztowa?y jakie? grosze albo nawet u?amek grosza za sztuk?, o tyle taki rezystor u nich, który musia? przej?? kilkakrotnie przez r?ce z malowaniem itd., kosztowa? po 4, 5 z?otych za sztuk?. To nie by?a masówka, to by?o robione bardziej na sztuki. Klient bra? np. 200 rezystorów.

Porz?dna aparatura pomiarowa musi by? zrobiona bardzo stabilnie. Wyniki pomiarów nie mog? si? zmieni? dlatego, ?e si? zrobi?o zimno, albo gor?co, albo przyrz?d si? rozgrza? w trakcie pracy. Przyrz?d nie mo?e zacz?? dawa? innych wyników, to musi do którego? tam miejsca po przecinku bardzo precyzyjne pomiary dawa?. W zwi?zku z tym wszystkie elementy w ?rodku musz? by? odpowiedniej klasy.

To teraz zostawmy Ziemi? i porozmawiajmy o tym, co opu?ci?o nasze laboratoria i polecia?o w kosmos.

Tak, najciekawsze tematy to elementy, które pó?niej robili?my na potrzeby misji kosmicznych. Uwa?ano, ?e jeste?my na tyle dobrzy i ?nasze elementy s? jako?ciowo bardzo dobre. Pierwszy taki projekt – Rosetta – to by?a misja, gdzie nasza europejska sonda l?dowa?a na komecie 67P/Czuriumow-Gierasimienko. Ta sonda lecia?a chyba 11 lat. Jak wyl?dowa?a na tej komecie, by?em zaskoczony, bo my?la?em, ?e minie j? o milion kilometrów, czyli og?osz? wielki sukces i tak dalej. Dodam, ?e tylko milion kilometrów, bo sama sonda pokona?a 6 miliardów kilometrów! Przecie? ta kometa to nie jest Jowisz, tylko to jest taki ma?y kawa?ek ska?y czy lodu o obj?to?ci ok. 25 km3, i ta sonda na niej wyl?dowa?a (a w?a?ciwie to wyl?dowa? l?downik Philea*).

L?downik po wyl?dowaniu mia? si? przytwierdzi? do powierzchni i wbi? taki specjalny harpun, aby jak najg??biej naci?? jej powierzchni?. Przy okazji wbijania mieli?my si? dowiedzie?, jaka twarda jest ta kometa, jak g??boko si? ten harpun zag??bi. A potem mia? mierzy? przewodno??, temperatur?, ró?ne parametry fizyczne tej komety.

Kolega robi? obudow? do tego harpuna i by?a tak zrobiona, ?e ona przy okazji by?a potencjometrem, czyli mia?a mierzy? od razu elektrycznym sygna?em, jak g??boko harpun zanurzy si? w komet?.

?

A jak by?a tu twoja rola?

Wymy?lono, ?e najlepszym sposobem przekazania energii do tego harpuna, ?eby si? wbi?, by?a twarda, mocna spr??yna, która zosta?a ?ci?ni?ta tutaj na Ziemi. Mieli?my wi?c do czynienia ze spor? energi? ?ci?ni?tej spr??yny i – co ciekawe – by?a ona umiej?tnie umocowana trzema specjalnymi ni?mi z tworzywa, ?eby si? od razu nie uwolni?a.

I wymy?lono, ?e najlepszym sposobem uwolnienia tych nici jest przepalenie ich. Zrobi?em wi?c takie grzejniki, które mia?y si? przy tej temperaturze -200 stopni Celsjusza (bo tyle mniej wi?cej ma temperatura wewn?trz sondy) rozgrza? do +400 stopni czy +500 i w ci?gu minuty, dwóch, przepali? te nitki, by uruchomi? mechanizm. I okaza?o si? – niestety – ?e ta sonda po wyl?dowaniu nie spe?ni?a swojej funkcji.

Dlaczego?

Bo mia? si? w niej w??czy? silnik. Taki specjalny silniczek gazowy, który mia? j? przez chwil? dociska? do powierzchni komety, a w tym czasie trzy wkr?ty w ?apkach – bo na trzech nogach sta?a – mia?y si? umocowa? w gruncie, ?eby harpun móg? si? wbi?. Ale niestety silnik nie zadzia?a?. Na szcz??cie robili go Niemcy, a nie my, tak?e to nie my si? wstydzili?my (?miech).

Na takiej komecie prawie nie ma grawitacji, wi?c ona si? turla?a, w końcu zatrzyma?a si? w jakim? do?ku, ale le?a?a w niew?a?ciwej pozycji, to znaczy jej baterie s?oneczne by?y ustawione do S?ońca pod z?ym k?tem. Co ciekawe, sonda u?y?a naszego harpuna, ?eby zmieni? swoj? pozycj?, i podobno harpun zadzia?a?. Niestety nie spe?ni? przypisanej mu pierwotnie roli, bo nie mia? okazji, ale wiemy, ?e nasze elementy po 11 latach lecenia w absolutnej pró?ni, w bardzo niskiej temperaturze, zadzia?a?y.

?

Kto organizowa? t? misj??

To by?a misja Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA), misja ca?ej Europy. I to si? zakończy?o kilkana?cie lat temu.

Natomiast drugi raz, poniewa? tamte nasze elementy by?y dobre, zwrócono si? równie? do nas przy okazji misji Juice. Polecia?a kolejna sonda, tym razem na Jowisza, i ma tam mierzy? ró?ne parametry w otoczeniu Jowisza i 3 jego ksi??yców. My zrobili?my takie specjalne podk?adki do sondy Langmuira, któr? ona ma w sobie. Zrobili?my chyba 50 podk?adek, cho? tak naprawd? tylko 2 podk?adki by?y potrzebne, ale wszystkie zosta?y sprawdzone.

Niszczyli?my ka?dy z tych elementów wiele razy, ?eby sprawdzi?, jak s? wytrzyma?e, ?eby w końcu 2 dobre porz?dne wsadzi? do sondy. ?eby to si? nie zniszczy?o podczas lotu, to wszystko by?o tak przemy?lane… I polecia?y. Lec? w?a?nie sobie, za ile? lat (chyba 8) dotr? do Jowisza. Mamy nadziej?, ?e wszystko b?dzie ok.

O NASZYM NAJNOWSZYM PROJEKCIE DLA ESA PRZECZYTACIE TUTAJ: Kolejny i?cie kosmiczny projekt: WHISKERS - ?ukasiewicz – IMiF (lukasiewicz.gov.pl)

Trzymamy kciuki za t? misj?. To musi by? niezwykle kosztowne, prawda?

W takich projektach nikt nie ?a?uje z?ota i innych drogocennych pierwiastków. To musz? by? elementy zrobione absolutnie niezawodnie i tylko to si? liczy. Niewa?na jest cena, wa?na jest w?o?ona w to praca.

I to jest te? straszna biurokracja, papierów jest mniej wi?cej 100 razy tyle, ile elementów, które si? przekazuje. To wszystko to s? certyfikaty, protoko?y badań, pomiarów – to s? rzeczy, które si? robi. To nie jest masówka, to maj? by? elementy absolutnie niezawodne, bo jeden zepsuty element zniszczy ca?? misj? kosmiczn? za miliardy euro.

Ogromne pieni?dze. Co jeszcze ciekawego robi?e??

Z takich spektakularnych rzeczy, mgr in?. Maciej W?grzecki by? w ITE (dawny ?ukasiewicz – IMiF – przyp. red.) najlepszym konstruktorem, je?li chodzi o detektory, zw?aszcza promieniowania j?drowego, ale w ogóle detektory krzemowe.

Nawi?zali?my wspó?prac? najpierw z Instytutem Paul Scherrer w Villigen w Szwajcarii. Szwajcarzy w Dubnej próbowali otrzyma? i wykry? 112 pierwiastek i jego drog? rozk?adu. Przez 2 lata to robili. Mieli detektory fińskie, potem niemieckie albo odwrotnie. I nic im nie wychodzi?o, wi?c zamówili u nas. Detektory zrobi? nasz oddzia? w Piasecznie, a my tu w Krakowie robili?my obudowy takich detektorów.

I nagle – jak to mówi? – petarda albo raczej eureka (bo jeste?my w ?wiecie nauki przecie?)!

I od razu w pierwszym do?wiadczeniu wykryli 2 atomy stworzonego (powsta?ego) pierwiastka 112. Wi?c to by? wielki sukces, ?e przez 2 lata nie potrafili nic, niczego przecie? innego nie zmienili, tylko detektor na nasz. I od razu da?o si? wykry?. To by?a w euforii w Szwajcarii.

W zwi?zku z tym ten pierwiastek 112. zosta? nazwany mi?dzy innymi na cze?? Polaków - Copernicium. A to dlatego, ?e to my im umo?liwili?my ten sukces naukowy.

Potem tak?e badacze z GSI w Darmstadt w Niemczech ju? nie chcieli nigdzie indziej kupowa? detektorów, tylko zamawiali detektory z Warszawy. Przy pomocy tych detektorów wykryli 114. pierwiastek. Potem 117. pierwiastek, a w tej chwili przygotowuj? si? ca?y czas do zrobienia 119. pierwiastka. I bardzo im na tym zale?y, bo to otworzy nast?pny okres w uk?adzie okresowym, wi?c by?by to olbrzymi sukces.

Ale i ciekawsze rzeczy te? s?. Na przyk?ad GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung w Damstadt zwróci?o si? do nas i zrobili?my teraz niedawno na wiosn? specjalny koncentrator jonów. Dlaczego? Bo komora reaktora, ta, w której otrzymuj? pierwiastki i produkty ich rozpadu, ma ?rednic? 7 centymetrów, a wej?cie do detektora ma trzy dziesi?te milimetra, czyli otwór zrobiony tak? ma?? szpileczk?. Trzeba te jony skierowa? tak, ?eby nie dotkn??y ?cianki, bo si? zniszcz?.

I zrobili?my specjalny koncentrator pola, a nikt si? tego w ?wiecie nie chcia? podj?? poza nami. Ale na takiej zasadzie, ?e jest ryzyko, bo nikt takiego nigdy nie robi?. Spróbujemy, mo?e wyjdzie. Niemcy te? zaryzykowali, kupili wszystkie materia?y, tzn. bardzo cienkie, 90-mikronowe p?ytki z tlenku cyrkonu, kupili past? z?ot?, kupili wszystkie elementy, które by?y potrzebne. W?o?yli w to 20 kilka tysi?cy euro. A my dali?my z naszej strony robocizn?, bo nie chcieli?my ryzykowa? finansowo, ale mogli?my zaryzykowa? w?asnym czasem, po?wi?ceniem. I wyszed? nam dobrze ten koncentrator, z 350 p?ytek si? sk?ada?. Ryzyko si? op?aci?o, bo sprzedali?my koncentrator za 20?000 euro.

Tam s? pojedyncze jony, to nie jest tak, ?e mamy milion tych jonów, tam np. po 2 powstaj? w jednym do?wiadczeniu, wi?c trzeba je strasznie ostro?nie wprowadza? do detektora, ?eby si? nie zniszczy?y po drodze.

Zrobili?my im ten koncentrator, oni si? bardzo ucieszyli. Specjalnie przyjechali po niego samochodem, bo wys?any kurierem móg?by si? zniszczy?. Teraz czekaj? na moment, jak oni z tym koncentratorem rozpoczn? do?wiadczenia, bo to nie jest tak, ?e wszystko si? dzieje i wychodzi od razu.

To by?a bardzo precyzyjna robota nad tym koncentratorem. Kolega po?wi?ci? na to chyba 4 miesi?ce. Powolutku, spokojnie, bez po?piechu, robi?c warstw? po warstwie, sk?adaj?c je, potem spinaj?c, lutuj?c i tak dalej, i tak dalej. Na p?ytkach samych wyprowadzeń jest pó?tora tysi?ca, przylutowanych delikatnie drucików i tak dalej. To s? takie ciekawe rzeczy, to nie przynosi du?ych pieni?dzy, ale przynosi reklam?, przynosi splendor, uznanie w ?wiecie. Robimy to te? oczywi?cie troszk? spo?ecznie.

Ale teraz porozmawiajmy o tym, czym obecnie si? zajmujecie w grupie badawczej.

Poszli?my w technologi? LTCC i w?a?nie w tej technologii robimy ogniwa paliwowe. Wspó?pracujemy blisko z firm? HydrogenTech, która ma wi?kszo?? laboratoriów w naszym budynku. I razem z nimi próbujemy zrobi? now? generacj? ogniw paliwowych wodorowych, to znaczy o innej konstrukcji ni? wszystkie, które s? robione w ?wiecie.

Nasz dawny kolega z AGH wymy?li? t? konstrukcj?, opatentowa? j? na ca?y ?wiat, Europ?, Stany, Japoni? itd. I HydrogenTech wykupi? te patenty od AGH. I w?a?nie na podstawie tych patentów próbujemy razem robi? ogniwa. Oni robi? stosy takich ogniw o mocy kilowata, powiedzmy. I chc? to wdro?y? w ca?ej Europie albo nawet i na ?wiecie. Z tym ?e licz? nie na Polsk?, tylko bardziej na Niemcy i inne bogatsze kraje.

Dla przyk?adu w Japonii podobno ponad 300 tysi?cy ogniw tego typu jest u?ywanych. Ale to te? dlatego, ?e rz?d japoński troch? to dofinansowuje. Japończycy chcieli unikn?? monopolu koncernów energetycznych i chc? rozwin?? produkcj? energii elektrycznej z gazu ziemnego za pomoc? ogniw paliwowych.

Te stosy pracuj? na gazie ziemnym, bo z wodoru mo?na przej?? na gaz ziemny, trzeba go tylko roz?o?y? wcze?niej. Ich ca?e domy albo nawet takie ma?e osiedla domów s? takimi generatorami zasilane w pr?d. Chodzi o to, ?eby nie by?o monopolu tylko sieci elektrycznej, ale ?eby by?o równie? takie uzupe?nienie o sie? gazow?.

Wszystkie wi?ksze serwerownie, np. w Stanach, w tym Google i Microsoft, maj? takie generatory na gaz ziemny, oprócz zasilania elektrycznego. To generatory rezerwowe, bo nie mo?e tak by?, ?e gdy wydarzy si? awaria sieci, to wszystkie serwery "padn?". Serwerownie najwi?ksze w ?wiecie maj? wi?c zasilanie z sieci gazowej, maj? takie generatory i w razie czego mog? natychmiast przej??, w u?amku sekundy, na pr?d robiony przez takie generatory.

My te? takie próbujemy zrobi?, tylko ?e na troch? mniejsz? skal?. Du?o firm je robi, np. Siemens. Natomiast my mamy inn? konstrukcj?, ciekawsz?, ale niestety bardziej pracoch?onn?.

Tak?e te? jest ciekawe, czy z tego wyjdzie wdro?enie ?wiatowe, bo to s? drogie rzeczy. Poza tym nie ?atwo b?dzie wygry?? wielkie niemieckie firmy z ich rynku, trzeba si? mo?e? z nimi dogada? i pod ich mark? to rozprowadza? w Niemczech. Ale najpierw nam musz? te stosy paliwowe wyj?? dobrze, dzia?a? niezawodnie przez 20 lat lub wi?cej.

Na szcz??cie Polska te? stawia na wodór i na technologie wodorowe, wi?c my?l?, ?e na polski rynek te? mogliby?my z tym wej??, dosta? jakie? dofinansowania, tak jak teraz s? np. na fotowoltaik?. Bo jak ?b?dzie trzeba zap?aci? 100% ceny, to pewnie nie b?dzie wielu ch?tnych.

Oprócz ogniw paliwowych obecnie opracowujemy now? ceramik?, spiekan? w stosunkowo niskich temperaturach, wspó?spiekan? we wspólnym wypale z pastami przewodz?cymi i rezystywnymi (bo na tym polega technologia LTCC), przeznaczon? na pod?o?a uk?adów elektronicznych pracuj?cych w cz?stotliwo?ciach terahercowych (czyli bardzo du?ych) do technologii 6G.? Podstawowym sk?adnikiem ceramiki jest boran miedzi domieszkowany dodatkami na bazie zwi?zków litu, u?atwiaj?cymi spiekanie w niskich temperaturach. Opracowywana ceramika musi charakteryzowa? si? wzgl?dnie nisk? przenikalno?ci? elektryczn? i tangensem k?ta stratno?ci, dobrze wspó?pracowa? z pastami przewodz?cymi, rezystywnymi i dielektrycznymi, a tak?e odpowiedni? wytrzyma?o?ci? mechaniczn? i termiczn?.

?Dzi?kuj? pi?knie za rozmow?! Jestem pod wielkim wra?eniem.

*Wikipedia: Nazwa l?downika pochodzi od po?o?onej na Nilu wyspy File, na której zosta? odnaleziony obelisk z dwuj?zyczn? inskrypcj?, zawieraj?c? m.in. zapisane w egipskich hieroglifach nazwiska Ptolemeusz i Kleopatra. Dostarczy?o to wskazówek, dzi?ki którym Jean-Fran?ois Champollion odczyta? hieroglify z kamienia z Rosetty.