Polska w kosmosie

Początki polskiej ery kosmicznej

Tradycje zainteresowania przestrzenią kosmiczną w Polsce sięgają przełomu XV i XVI wieku. Najsłynniejszą postacią tego okresu był polski astronom Mikołaj Kopernik (1473–1543), którego dzieło „O obrotach sfer niebieskich” szczegółowo przedstawiało heliocentryczną wizję układu planetarnego. Wywołało ono jedną z najważniejszych rewolucji naukowych na świecie, nazwaną Przewrotem Kopernikańskim.

Wiek później, w Gdańsku, pracował Jan Heweliusz (1611–1687) – astronom, matematyk i konstruktor przyrządów astronomicznych. Jego regularne obserwacje nieba zaowocowały szeregiem przełomowych dzieł o tematyce astronomicznej. W tych samych czasach działał także Kazimierz Siemienowicz (1600–1651), inżynier i teoretyk artylerii, który opracował podstawy konstrukcji rakiet wielostopniowych.

Wiek XX

Początki polskiego zaangażowania w loty kosmiczne były związane z uczestnictwem w międzynarodowym programie Interkosmos, opartym na współpracy ze Związkiem Radzieckim. W 1973 roku, na pokładzie satelity Kopernik-500 (Interkosmos-9) został wysłany na orbitę pierwszy polski instrument badawczy, mający za zadanie przeprowadzić pomiary promieniowania słonecznego. Trzy lata później powołano polską jednostkę badawczą, która miała całkowicie skoncentrować się na badaniach przestrzeni kosmicznej i rozwoju technologii kosmicznych – Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk.

W 1978 roku na pokładzie statku załogowego Soyuz-30 poleciał pierwszy, jak dotąd jedyny, polski astronauta – Mirosław Hermaszewski. Celem jego ośmiodniowej misji było przeprowadzenie eksperymentów na pokładzie radzieckiej stacji kosmicznej Salut 6. W latach 70-tych rozpoczęło się także praktyczne wykorzystywanie w Polsce zdjęć satelitarnych oraz łączności satelitarnej.

Zmiany geopolityczne i ustrojowe po roku 1989 umożliwiły rozwój współpracy z państwami spoza dawnego bloku wschodniego. W 1994 roku Polska podpisała z Europejską Agencją Kosmiczną umowę o współpracy w zakresie pokojowego wykorzystania przestrzeni kosmicznej, którą następnie rozszerzono w roku 2002.

Na jej podstawie Polacy mogli uczestniczyć w programach naukowych ESA, co zaowocowało obecnością polskich urządzeń na większości flagowych misji badawczych Agencji – Cassini-Huygens, Integral, Mars Express, Rosetta, Venus Express i Herschel. W tym samym czasie zaczęły powstawać pierwsze polskie firmy prywatne oferujące usługi oparte na technikach satelitarnych.

Wiek XXI

Początek XXI wieku przyniósł intensyfikację współpracy z ESA. W 2007 roku podpisano Porozumienie o Europejskim Państwie Współpracującym (PECS). Dzięki stworzeniu tego mechanizmu sfinansowano 45 projektów na łączną kwotę 11,5 miliona euro, realizowanych przez polskie firmy, instytucje naukowo–badawcze i uczelnie wyższe we współpracy z ESA.  Równocześnie wyraźnie wzrosła liczba, jakość oraz zaawansowanie produktów i usług wykorzystujących techniki satelitarne, które są oferowane na rynku przez polskie firmy.

W listopadzie 2012 roku Polska stała się dwudziestym państwem członkowskim Europejskiej Agencji Kosmicznej, wpłacającym składkę o wartości około 30 milionów euro rocznie. Dla polskich firm i ośrodków badawczych otworzyło to drogę do szybszego rozwoju technologii kosmicznych i technik satelitarnych poprzez możliwość pełnoprawnego uczestnictwa w większości programów Agencji.

Polska w ESA

Najważniejszym krokiem dla rozwoju sektora kosmicznego w Polsce było wstąpienie Polski w 2012 roku do Europejskiej Agencji Kosmicznej. Należy tu przypomnieć kilka dat:

• W lipcu 2012 roku Rada ESA jednomyślnie zaakceptowała przystąpienie Polski do ESA.
• 13 września 2012 r. w Warszawie, dokonano wymiany podpisanych dokumentów akcesyjnych. Stronę polską reprezentował wówczas wicepremier, minister gospodarki Waldemar Pawlak, a ESA jej Dyrektor Generalny Jean-Jacques Dordain.
• Ostatnim krokiem do pełnego członkostwa Polski była ratyfikacja umowy przez polski Parlament i Prezydenta RP, co nastąpiło w listopadzie 2012 roku.
• Od 19 listopada 2012 roku Polska stała się dwudziestym państwem członkowskim ESA.

Dzięki współpracy z ESA, polski sektor kosmiczny nabrał skrzydeł. Polscy przedsiębiorcy i naukowcy nawiązują kontakty z nowymi partnerami, rozwijają technologie, otrzymują zarówno wsparcie finansowe, jak i dostęp do infrastruktury ESA. Rodzimy sektor korzysta z doświadczenia i wiedzy innych krajów, dzieli się własnymi doświadczeniami i osiągnięciami a także uczestniczy w przełomowych projektach. Dzięki temu stajemy się ważnymi i rozpoznawalnymi partnerami w europejskich programach kosmicznych.

Polskie działania na forum ESA koordynuje delegacja, w skład której wchodzą delegaci reprezentujący ministerstwa: MRiT, MEiN, MSZ, , KPRM, ABW  oraz agencje: ABW i Polską Agencję Kosmiczną. Dodatkowo delegacja wspierana jest przez ekspertów, w których skład wchodzą przedstawiciele Sił Zbrojnych RP, nauki oraz administracji publicznej.

ESA realizuje dwa rodzaje programów: programy obowiązkowe, w których zobowiązane do uczestnictwa są wszystkie państwa członkowskie, a wysokość składki wyliczana jest na podstawie PKB oraz programy opcjonalne, finansowane przez państwa w nich uczestniczące w kwotach deklarowanych podczas cyklicznie organizowanych Rad Ministerialnych ESA. 

W 2019 roku zakończył się program wsparcia dedykowany dla polskich podmiotów – Polish Industry Incentive Scheme (PLIIS) 2012-2019. W czasie jego trwania, 45% polskiej składki obowiązkowej do ESA było przeznaczane na dostosowanie polskiego przemysłu, operatorów, środowiska naukowego i innych podmiotów prowadzących działalność na terenie kraju do wymagań ESA. W ramach PLIIS złożonych zostało blisko pół tysiąca wniosków, z których ponad dwieście zlecono do realizacji.

Obecnie Polska wpłaca składkę w wartości około 40 milionów euro rocznie. W ramach tych nakładów, bierzemy udział w programach dotyczących m.in. obserwacji Ziemi, nawigacji satelitarnej, telekomunikacji i aplikacji, eksploracji kosmosu, systemu informacji o sytuacji w przestrzeni kosmicznej, czy programu budowy instrumentów naukowych.

Downstream w Polsce

Sat4Envi

”System operacyjnego gromadzenia udostępniania i promocji cyfrowej informacji satelitarnej o środowisku – Sat4Envi” jest projektem realizowanym przez Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej – Państwowy Instytut Badawczy oraz partnerów: Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk, Akademickie Centrum Komputerowe CYFRONET AGH, Polską Agencję Kosmiczną (PAK) i jest dofinansowany z Programu Operacyjnego Polska Cyfrowa.

Głównym celem projektu Sat4Envi jest budowa systemu udostępniania satelitarnych danych programu Copernicus oraz danych pochodzących z innych satelitów środowiskowych i meteorologicznych zgromadzonych w zasobach Zakładu Teledetekcji Satelitarnej IMGW-PIB.

Poprzez platformę CGS udostępniane będą dane z powierzchni Polski (plus 500 km wokół granic), archiwalne i bieżące z satelitów programu Copernicus (Sentinel), meteorologicznych (METEOSAT, NOAA, Metop), środowiskowych (MODIS: Terra i Aqua).

https://dane.sat4envi.imgw.pl/

SatBałtyk

Cel projektu SatBałtyk stanowił przygotowanie i uruchomienie bazy technicznej oraz praktycznych procedur operacyjnych, umożliwiających sprawne, rutynowe określanie stanów środowiska Bałtyku tj. tworzenie map jego charakterystyk strukturalnych i funkcjonalnych, w tym dopływu i charakterystyk energii (PAR1 , UV2 ), rozkładów temperatury, stanu dynamicznego powierzchni morza, stężenia chlorofilu i innych pigmentów fitoplanktonu, zakwitów trujących alg, występowania upwellingów, pojawiania się plam zanieczyszczeń w tym rozlewów ropy i in. oraz charakterystyk produkcji pierwotnej materii organicznej. Projekt realizowało konsorcjum w składzie: Instytut Oceanologii Polskiej Akademii Nauk, Uniwersytet Gdański, Akademia Pomorska w Słupsku i Uniwersytet Szczeciński.

http://www.satbaltyk.pl/aplikacja-satbaltyk/

Safedam

Projekt SAFEDAM miał na celu opracowanie systemu monitorującego wały przeciwpowodziowe z użyciem nieinwazyjnej, latającej bezzałogowej, platformy pomiarowej skanującej z niskiego pułapu lotu i wykorzystaniu zobrazowań lotniczych i satelitarnych. System wykorzystuje wieloźródłowe dane fotogrametryczne. Umożliwia wykorzystanie danych z pułapu satelitarnego zarówno optycznych zakresu światła widzialnego i bliskiej podczerwieni jak i danych radarowych.

System umożliwia ekspercką ocenę wałów przeciwpowodziowych, która potrzebna jest w pracy specjalistów od zarządzania infrastrukturą przeciwpowodziową, a także organom bezpieczeństwa kryzysowego. Projekt został zrealizowany przez Politechnikę Warszawską, Wydział Geodezji i Kartografii, Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej PIB, MSP Marcin Szender, Astri Polska Sp. z o.o., Centralna Szkoła Państwowej Straży Pożarnej w Częstochowie.

https://www.safedam.gik.pw.edu.pl/Aplikacja-mobilna

GeoMetre

GeoMetre to projekt rozpoczęty w czerwcu 2019 r., prowadzony przez Główny Urząd Miar (GUM) działający jako członek konsorcjum europejskiego w ramach Europejskiego Programu Metrologii na rzecz Innowacji i Badań (EMPIR). Głównym celem tego projektu jest znaczący wkład w ulepszone rozwiązanie ITRF (Międzynarodowy Ziemski Układ Odniesienia).

GUM opracował nową dedykowaną linię odniesienia o długości 200 m we współpracy z Politechniką Warszawską. Poziom odniesienia skalibrowany i zweryfikowany (przy użyciu technik GNSS) w ramach nadchodzących działań w ramach projektu będzie optymalnym odniesieniem do kalibracji i weryfikacji nowej aparatury w tym projekcie oraz innych komercyjnych mierników odległości o średnim zasięgu.

Celem projektu jest stworzenie zaawansowanego systemu informatycznego umożliwiającego zgłaszanie, monitorowanie i reagowanie na sytuacje kryzysowe w celu ocalenia życia i zdrowia poszkodowanych, zapewnienia publicznego bezpieczeństwa oraz koordynowanie odpowiedzi na zgłoszenie. System będzie oparty m.in. o dane pozyskiwane z sygnałów Galileo. Projekt jest finansowany z programu NAVISP Europejskiej Agencji Kosmicznej a jego wykonawcą jest ITTI Sp. z o.o. Planowane zakończenie projektu w 4 kwartale 2021 roku.

GeoRoute

Produkt, który zostanie opracowany to aplikacja mobilna i serwis internetowy do planowania wycieczek / wędrówek w sposób wysoce spersonalizowany. Pozwoli on użytkownikowi na odkrywanie obszarów we wskazanym otoczeniu, nawigowanie do nich i w nich, gdzie zastosowana i obliczona jest konkretna kombinacja zjawisk przyrodniczych, kulturowych i innych, zgodnie z osobistymi preferencjami użytkownika. Cały system będzie wspierany przez precyzyjne zbiory danych należące do producenta oraz obszerne otwarte zbiory danych, takie jak serwisy Copernicus i strumienie danych satelitarnych czy Open Street Map i inne. Dodatkowo, dzięki tworzonej społeczności i przewidywanemu crowdsourcingowi, tworzony produkt będzie na bieżąco weryfikowany in situ i wzbogacany o poprawione dane. Projekt jest finansowany z programu NAVISP Europejskiej Agencji Kosmicznej a jego wykonawcą jest Geosystems Polska Sp. z o.o. Planowane zakończenie projektu w 4 kwartale 2021 roku.

GEOCARDIO

Produkt jest systemem mającym na celu usprawnienie działania służb ratownictwa medycznego, poprzez dostarczenie informacji o lokalizacji i podstawowych danych medycznych potencjalnej osoby poszkodowanej z wszczepionym urządzeniem CIED. Projekt jest finansowany z programu NAVISP Europejskiej Agencji Kosmicznej a jego wykonawcą jest Hertz Systems. Planowane zakończenie projektu w 2 kwartale 2022 roku. 

Udział w misjach kosmicznych ESA

Podpisanie przez Polskę umowy o współpracy z ESA w 1994 roku otworzyło drogę do udziału polskich podmiotów w misjach Agencji. W Centrum Badań Kosmicznych PAN, we współpracy z kilkunastoma polskimi firmami, zbudowano szereg instrumentów naukowych. Urządzenia wykonane w Polsce wzięły udział w misjach, których celem było teledetekcyjne i bezpośrednie badanie własności atmosfer i powierzchni planet i ciał Układu Słonecznego.

Najciekawsze misje z udziałem polskich instrumentów badawczych:

Rosetta

CBK PAN opracowało na potrzeby misji instrument MUPUS (MUlti PUrpose Sensor for surface and subsurface science). Instrument jest zaawansowanym mechanicznie manipulatorem, wyposażonym w penetrator, którego zadaniem jest wbicie się w powierzchnię komety 67P/Czuriumow-Gierasimienko. Penetrator zawiera szereg detektorów, które po przewidywanym na rok 2014 lądowaniu pozwolą na zbadanie własności fizycznych i składu jądra komety.

Cassini-Huygens

W Polsce opracowano oraz wytworzono czujnik do pomiaru temperatury i przewodnictwa cieplnego Sensor THP (Thermal Properties). Czujnik został zamontowany na pokładzie lądownika Huygens, który w styczniu 2005 roku wylądował na powierzchni Tytana – księżyca Saturna. Pomiary wykonane przez czujnik pozwoliły na poznanie właściwości powierzchni tego ciała niebieskiego.

Mars Express

Polscy inżynierowie opracowali system zasilania (Power Supply Unit) oraz skaner służący do wyznaczania kierunku pomiaru (Pointing System) dla Planetarnego Spektrometru Fourierowskiego (PFS). Zadaniem spektrometru jest analiza widma promieniowania odbitego i emitowanego przez powierzchnię i atmosferę Marsa.

Herschel Space Observatory

Teleskop wystrzelony w 2009 roku służy między innymi wyjaśnianiu powstawiania galaktyk i formowania się gwiazd oraz badaniu obłoków gazowo-pyłowych i materii komet. Polski wkład w budowę tego teleskopu jest istotny. W CBK PAN powstały kluczowe elementy Lokalnego Oscylatora dla heterodynowego spektrometru dalekiej podczerwieni (HIFI) – zaprojektowano i wybudowano blok HLCU (HIFI Local Oscillator Control Unit), który stanowi kompletny system zasilania, sterowania i kontroli Lokalnego Oscylatora.

Polski ślad na Marsie

Jedną z najbardziej spektakularnych misji planetarnych ostatnich lat jest misja Mars Science Laboratory. Robot planetarny Curiosity, badający od 2012 roku powierzchnię Marsa, wyposażony jest w szereg instrumentów naukowych. Jednym z nich jest przestrajalny spektrometr laserowy, w skład którego wchodzą zaprojektowane i wyprodukowane przez firmę VIGO System niechłodzone detektory podczerwieni MCT. Zadaniem spektrometru jest zbieranie informacji o środowisku panującym na powierzchni Marsa.

Polskie urządzenia w przestrzeni kosmicznej:

Polskie satelity

W ramach polsko-kanadyjsko-austriackiego programu BRIght Target Explorer (BRITE) powstały dwa pierwsze polskie satelity naukowe. Oba satelity, nazwane Lem i Heweliusz, są klasy nano, o masie poniżej 10 kg. Ich zadaniem jest badanie największych i najjaśniejszych gwiazd naszej galaktyki w celu lepszego poznania ich wewnętrznej budowy. Za zbudowanie satelitów odpowiadają polscy inżynierowie i naukowcy z Centrum Badań Kosmicznych PAN i Centrum Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika PAN.

Instrumenty optyczne

Firma Creotech Instruments opracowała na potrzeby projektu obserwacji rozbłysków gamma „Pi of the Sky” serię kamer CCD umożliwiających szybkie przetwarzanie i analizę danych, także w czasie rzeczywistym. Kamery dostarczają naukowcom danych o powstawaniu czarnych dziur. Sieć zrobotyzowanych teleskopów umożliwia obserwację dużego obszaru nieba i może być także wykorzystywana do detekcji i monitorowania śmieci kosmicznych.

Systemy pomiaru czasu

Firma Piktime Systems projektuje i buduje precyzyjne odbiorniki czasu, które pozwalają na porównywanie sygnałów satelitów nawigacyjnych, a następnie wyznaczenie różnicy wskazań ich zegarów. Z rozwiązań Piktime Systems korzysta laboratorium czasu głównej naziemnej stacji kontrolnej europejskiego systemu nawigacji satelitarnej Galileo we Włoszech (Galileo Control Centre, Precise Time Facility).

Zastosowania technik satelitarnych na Ziemi:

Zobrazowania satelitarne w sektorze publicznym

Polskie firmy oferują szeroką gamę usług opartych na analizie zobrazowań satelitarnych. Dostarczane produkty obejmują m.in. analizy rozwoju aglomeracji miejskich dla planowania przestrzennego, analizy zmian środowiska na potrzeby ochrony przyrody oraz różnorodne mapy wspierające zarządzanie gospodarką leśną.

Nawigacja drogowa

Polski system nawigacji satelitarnej Automapa zyskał dużą popularność dzięki integracji różnych technik satelitarnych. System wykorzystuje mapy, które są regularnie aktualizowane poprzez wykrywanie nowych budowli na zdjęciach satelitarnych. Same mapy zawierają kompletną siatkę dróg, trójwymiarowe wizualizacje budynków i ich dokładne adresy. W oparciu o analizę ruchu użytkowników funkcjonuje mechanizm pozwalający na wykrywanie i omijanie korków czy też niespodziewanych zatorów drogowych. Dodatkowo najaktualniejsze mapy i informacje o sytuacji drogowej są udostępniane na portalu mapowym Targeo.pl.

Monitoring pojazdów

Polska ze względu na swoje położenie należy do grupy tak zwanych krajów tranzytowych. W celu obniżenia kosztów, lepszego zarządzania flotą pojazdów i poprawy bezpieczeństwa coraz więcej polskich firm transportowych decyduje się na wykorzystanie satelitarnego monitoringu swoich pojazdów. Jest to możliwe m.in. dzięki opracowanej w Polsce platformie AutoControl 2.0, której zasięg działania obejmuje całą Europę.

Rolnictwo precyzyjne

Użytki rolne stanowią ok. 60% ogólnej powierzchni Polski. Ten fakt powoduje, że rynek usług satelitarnych dla rolnictwa ma ogromny potencjał wzrostu, a sięganie po nowe technologie sprzyja podniesieniu ogólnego poziomu efektywności tego sektora gospodarki. Polskie firmy oferują usługi w zakresie rolnictwa precyzyjnego, dostarczając rozwiązania pozwalające ocenić lokalne warunki upraw oraz narzędzia służące ich optymalizacji.

Zarządzanie kryzysowe

Polskie położenie i warunki klimatyczne powodują regularne występowanie zagrożeń powodziowych i pożarowych. Obserwowane zmiany klimatyczne dają podstawy do obaw, iż straty materialne w ten sposób wywołane będą narastać. W związku z tym instytucje zarządzania kryzysowego w Polsce zaczynają wykorzystywać zobrazowania satelitarne do oceny zagrożeń, planowania działań, a także oceny zniszczeń. Przykładem tego była akcja usuwania skutków powodzi w 2010 roku. W Polsce powstało Centrum Informacji Kryzysowej, które oferuje operacyjne wsparcie służbom ratowniczym i instytucjom zarządzania kryzysowego w zakresie wykorzystywania technik satelitarnych.

Młodzi w kosmosie

W Polsce bardzo aktywną grupą działającą w sektorze kosmicznym są organizacje pozarządowe i studenckie.

Mają one udział w informowaniu opinii publicznej o korzyściach związanych z inwestycjami w przemysł kosmiczny, ponadto są miejscem zdobywania przez młode osoby pierwszego doświadczenia w tej branży.

Polscy studenci na długo przed przystąpieniem Polski do ESA uczestniczyli w większości programów edukacyjnych Agencji. Należały do nich przede wszystkim projekty związane z budową satelitów takich jak: Young Engineers’ Satellite 2 (YES2), SSETI Express, European Student Earth Orbiter (ESEO) i European Student Moon Orbiter (ESMO).

Ponadto polskie studenckie eksperymenty naukowe i technologiczne były testowane podczas kampanii lotów parabolicznych i lotów balonów stratosferycznych.

W 2012 roku na orbitę okołoziemską został wyniesiony pierwszy polski studencki satelita „PW-Sat”, którego zadaniem było przetestowanie pasywnego systemu deorbitacji. Satelita zbudowany w standardzie Cubesat powstał na Politechnice Warszawskiej przy współpracy z Centrum Badań Kosmicznych PAN. Równie istotnym wydarzeniem było dwukrotne zwycięstwo polskich robotów, zbudowanych przez studentów z Politechniki Białostockiej, w prestiżowym konkursie University Rover Challenge w Stanach Zjednoczonych, organizowanym przez międzynarodową organizację The Mars Society.

Do najaktywniejszych polskich organizacji zajmujących się projektami edukacyjnymi należą: Studenckie Koło Astronautyczne, Polskie Towarzystwo Rakietowe, ARISS Polska oraz European Rover Challenge.

Więcej na temat promocji i edukacji można dowiedzieć się w artykule: https://polsa.gov.pl/aktywnosci/promocja-i-edukacja/