Handouts

Sebastian Szybka

Jagiellonian University

The Einstein’s theory implies that a spatial distance between two events does not have direct physical meaning.  On the other hand, it is often said in astronomy that some events occurred in a particular distance from Earth. For example, we were informed last year about a neutron star collision which took place half a billion light years away. In my talk, I will explain the meaning of distances in astronomy and clarify some common misconceptions.

Roy Lichtenheldt

Current planetary exploration vehicles are bound to fairly easy terrain. This is mostly due to restrictions by wheeled locomotion, which prohibits larger obstacle crossings and traversal of very soft sand. As space mining would involve exploration of more demanding terrain like craters, steep slopes with soft material and break down, as well as planetary underground environments, smaller more agile rover systems with enhanced obstacle traversabilty are needed.

One key to success of the development of such systems is the simulation and optimization, beginning with the earliest design studies. Thereby, especially the interaction with deformable soils is still a demanding task and not yet fully solved. In the talk, an introduction to DLR’s terramechanics model portfolio ranging from real-time capable simple models to high fidelity but computationally slower particle models will be given. Later on, the focus will be shifted to a novel rover system with rimless wheels called “Scout” whos design is based on the models mentioned above. Its system structure and suitability to explore the planetary underground will be explained. Furthermore, the measures to improve the robustness of the Scout will be highlighted.

Given these points, a way towards simulation driven, robotic exploration of future space mining sites will be proposed.

Przemysław PUSTUŁKA, Jakub STELMACHOWSKI

Most of the resources available on the Moon like e.g. water, hydrogen or oxygen are
bounded in the lunar regolith. They, once extracted, could be used for breathing or as a propellant. The demand for the oxygen on the Moon is estimated at the 1 000 kg of O2 per year during the early outpost and at the 10 000 kg/year as the outpost will be growing. Oxygen is ubiquitous in the lunar regolith, where is bonded in minerals. The ilmenite (FeTiO3) is the most attractive, from the point of view of the oxygen production on the Moon due to its relatively high abundance in the lunar surface and oxygen yield reaching 10.5%. Hitherto, many technologies have been developed for the purpose of oxygen obtainment from the regolith on the Moon and the most common technology bases on the hydrogen reduction process. The oxygen production will be conducted in the processing plant, but firstly it must be excavated and transported there by the relevant machinery systems.
Lunar extraction technologies and processes will base on the terrestrial ones. One of the most common machinery system for excavation and transportation in the terrestrial opencast mining is the system composed of the excavator-hauler, which provides a high level of the flexibility, versatility and relatively low investment costs. The utilization of the systems that base on the terrestrial excavator – hauler are one of the proposed to use on the Moon and are currently being developed e.g. CRATOS, RASSOR 2.0 or PACKMOON. The one of the measure of the effectiveness of the excavator-hauler machinery system is its cycle time that refers to the total time, which is needed to conduct a given process from the beginning to its end (here it is excavation and transportation). Knowing the cycle time of a given process it is possible to estimate the production rate of a given item per period, how long the process will take or how many machines are need needed in order to fulfil assumed production demands. It is also a great tool to monitor the processes as the knowledge of their cycle time allows to optimize them, and thus increase the savings
or increase the productivity.

Projects, RaCER and PROACT, that are being carried out at PIAP Space, allow and will allow
to understand the nature and restrictions of the utilization of the such machinery system
in the Moon environment. Basing on the projects outputs as well as on the related
literature it is possible to estimate the cycle time of the related processes and thus to
estimate the delivery time of the regolith in order to comply the requirements for the
early and later outpost and also maximum distance of the excavation area from the
processing plant depending on the hauler velocity and excavator’s bucket capacity.

Przemysław Młynarczyk, Damian Brewczyński

Imitating phenomena and processes related to the dust and other solid particles
dispersion in conditions different from those prevailing on earth is a difficult task to
perform in laboratories on the earth. The problem regarding other environmental
parameters resulting from a different density and composition of the atmosphere or the lack of it is quite simple to solve in laboratory conditions, while eliminating the effect of

Earth’s gravity is a much more complicated and often impossible task. The use of DEM simulation to describe the behavior of particles in gravitational and atmospheric
conditions different from Earth’s can be a tool that allows, for much cheaper and faster, optimization of machine elements and devices and how they work in this environment. A particular possible application of DEM simulation may be the use of this type of software for modeling the operation of mining machinery – both those working in terrestrial and extraterrestrial conditions. The presentation will show the possible applications and how to use this type of software in the space sector. A special case is the presentation of the possibilities of modeling the extraction of the top soil layer (e.g. Regolite) in conditions of reduced gravity. The simulations carried out so far show that this type of modeling can significantly accelerate the development of mining machinery used in the space industry. DEM modeling, however, has one very big disadvantage: this type of simulation uses a lot of computer resources.

Paweł Mazurek

Space mining is one of the most important astronautics themes of the last several years. There are more and more declarations of attempts to obtain various raw materials, both for use on Earth and for exploration of the Solar System. In these declarations the most frequently mentioned include precious metals such as gold or platinum.

During the International Astronautical Congress 2019 in Washington, the issue of profitability of space mining was raised, emphasizing the lack of technology for proper metal extraction from metallic asteroids. It seems that it is really possible to obtain only metallic boulders from the surface of asteroids – iron-nickel matter of too low value for even the smallest unmanned mission would be profitable. On the other hand, even the richest deposit of gold on Earth contains less pure gold than the average deposit on the moon.

The article presents the research potential of using the latest generation of magnetic sensors to precisely determine the location of sought resources of metal deposits. The introduction of highly sensitive magnetometers into outer space will allow the magnetic field to be measured in low-field space environments, the outer heliosphere or local interstellar medium. At a distance of more than 80 AU from the Sun, the strength of the surrounding magnetic field can be in the order of several dozen pT, which is the limit of detection of currently used sensors. The magnetic field fluctuations in space are caused by the plasma process and have a bandwidth of 1 Hz, corresponding to the typical frequency of electron cyclotrons in the outer heliosphere.

The magnetometers described in the article are ideal for measuring this type of field. The mechanism of operation of the sensors was shown, paying particular attention to the description of the primary cosmic magnetic field expressed by Weibel instability. Understanding the principles of generating the local magnetic field will allow to explain its common presence in astrophysical objects.

Paweł Chyc

Eksploatacja zasobów znajdujących się w przestrzeni kosmicznej stanowi kolejny krok w kierunku podboju kosmosu przez człowieka i na tym etapie w coraz większym stopniu wydaje się być koniecznością wynikającą przede wszystkim z potrzeby pozyskiwania potencjalnych źródeł paliwa rakietowego. Wbrew powszechnej opinii w najbliższym stuleciu strategicznymi zasobami w kosmosie nie będą tzw. metale ziem rzadkich, czy platyna, a woda, dwutlenek węgla oraz bogate zasoby regolitu – będącego wierzchnią warstwą ciał niebieskich. Zasoby wody, oprócz oczywistego faktu zapewnienia możliwości przeżycia człowieka w kosmosie, potencjalnie pozwalają na pozyskanie ciekłego wodoru jako paliwa rakietowego, uzyskiwanego w procesie elektrolizy. Również dwutlenek węgla (obecny m.in. na Marsie) w połączeniu z wodorem pozwala na pozyskanie metanu, jako kolejnego źródła paliwa rakietowego. A zatem potencjalne wykorzystanie tych zasobów znacząco poszerza możliwości dalszej eksploracji kosmosu przez człowieka.

Jednak zanim ludzkość wejdzie w etap eksploatacji tych strategicznych zasobów kosmicznych, warto już teraz doprecyzować pewne zasady, reguły i mechanizmy, które zagwarantują ludzkości pokojową koegzystencję w przestrzeni pozaziemskiej. Jak wiadomo zgodnie z art. 1 Traktatu o przestrzeni kosmicznej z 1967 roku przestrzeń kosmiczna jest wolna dla badań i użytkowania. Jednak każda wolność podmiotu ma swoje granice, którymi są wolności innych, a na straży tej kardynalnej zasady powinno stać prawo rozumiane jako zbiór powinnych zachowań, które de facto pełni rolę służebną względem każdej wolności – również tej „kosmicznej”. Gdzie zatem szukać zasad i reguł dotyczących wykorzystania zasobów kosmicznych? Odpowiedzi należy szukać na ziemskim morzu otwartym, które również posiada bogate zasoby naturalne i podobnie jak przestrzeń kosmiczna – ma charakter eksterytorialny. Dno morza otwartego znajdujące się poza jurysdykcją państwową należy do Wspólnego Dziedzictwa Ludzkości co oznacza, iż nie można tego obszaru zawłaszczyć, należy go wykorzystywać wyłącznie w celach pokojowych, a wydobywanie zasobów naturalnych odbywać się może wyłącznie pod nadzorem Międzynarodowej Organizacji Dna Morskiego (ISA), działającej pod egidą ONZ. Trudno więc pomijać te analogie w sytuacji poszukiwania rozwiązań systemowych dla zasad eksploatacji zasobów kosmicznych. Patrząc bowiem w morze widać linię horyzontu, gdzie morze styka się z nieboskłonem, co skłania do refleksji nad formułą: per mare ad astra.



Miłosz Barłóg

Ludzka cywilizacja opiera się od wieków na wydobywaniu i późniejszym przetwarzaniu surowców mineralnych. Obecna społeczność międzynarodowa staje się jednak świadoma ograniczonych zasobów naszej planety i zaczyna poszukiwać innych źródeł potrzebnych do dalszej ekspansji. Perspektywa wykorzystania przestrzeni kosmicznej staje się coraz istotniejszym aspektem w relacjach międzynarodowych, a możliwość eksploatacji surowców z Księżyca oraz innych ciał niebieskich zaczyna przyciągać jednakowo rządy najpotężniejszych mocarstw, oraz prężnie rozwijający się sektor prywatny, który odegrać może kluczową rolę w rozwoju tzw. górnictwa kosmicznego. 

Górnictwo kosmiczne, pomimo iż wciąż uważane jest za hipotetyczną gałąź gospodarki, to jak wskazywał już w 1903 r. Konstanty Ciołkowski – pionier kosmonautyki, od pomyślnego wydobywania minerałów z ciał niebieskich uzależniony jest dalszy rozwój działalności kosmicznej.  W oczach wielu rozwój górnictwa kosmicznego nie tylko przyczyni się do zwiększonej aktywności człowieka w Kosmosie, ale również rozwiąże ciągle narastające zagrożenie wyczerpania się surowców mineralnych na Ziemi, a być może nawet umożliwi nam odkrycie i wykorzystanie nieznanych dotąd minerałów. Poszukiwanie nowych źródeł pozyskiwania zasobów, w tym zwłaszcza nieodnawialnych surowców energetycznych w przestrzeni kosmicznej stanowi kluczowy element dla dalszego cywilizacyjnego postępu ludzkości oraz szansę dla utrzymania światowego pokoju.          

Społeczność międzynarodowa w obliczu wyzwań, jakim staje się niechybna kolonizacja Kosmosu, jest zmuszona podjąć stosowne środki prawne, mające na celu delimitację przestrzeni kosmicznej oraz określenie możliwych ram prawnych dla aktywności człowieka w Kosmosie zarówno przez sektor publiczny, jak i prywatne przedsiębiorstwa, aby przestrzeń kosmiczna nie stała się w przyszłości nowym centrum konfliktów między mocarstwami, a stanowiła obszar wspólnej eksploracji oraz rozwoju. Górnictwo kosmiczne powinno więc służyć przede wszystkich poprawie życia człowieka, a nie przyczynić się do narastającej konkurencji o dominację polityczną i ekonomiczną zarówno w Kosmosie, jak i na powierzchni Ziemi, do czego może dojść, jeżeli prawo międzynarodowe nie zostanie dostosowane do nowej rzeczywistości. 

Michał Piliński

Aktuatory zbudowane w oparciu o stopy z pamięcią kształtu (SMA – shape memory alloys) są szeroko stosowane w przemyśle dzięki swojej prostocie, małym rozmiarom i bardzo dobrym stosunku mocy do masy [1]. Do tej pory ich główną rolą w misjach kosmicznych było rozkładanie elementów między innymi paneli słonecznych czy anten. Jedną z przyczyn takiego stanu rzeczy jest niska sprawność energetyczna aktuatorów SMA – wymagają one ciągłego dostarczania energii przy utrzymywaniu zadanej pozycji [2]. W tej pracy przedstawiono nowy koncept przeciwsobnego mikroaktuatora o zerowym poborze energii w pozycji ustalonej. Proponowana konstrukcja zaprojektowana jest na bazie dwóch wzajemnie deformujących się zwojów SMA, zapewniając dwukierunkowe sterowanie położeniem kątowym bez konieczności stosowania sprężyn powrotnych. Działanie aktuatora zostało zasymulowane w warunkach mikrograwitacji. Głównymi problemami, na których skupiono się w pracy była optymalizacja procesu nagrzewania i ochładzania zwoju SMA w warunkach próżni oraz zapewnienie stabilności zadanej pozycji. Dodatkowo przedstawiona została koncepcja użycia przedstawionej technologii podczas misji studenckiej nanosatelity typu CubeSat zespołu WroSat.

Michał Pietkiewicz

The purpose of this study is to analyze the currently applicable regulations in the field of international space law in relation to hypothetical situations in which a cosmonaut – including a space miner – commits a crime on board a spacecraft, a space station, or in an outer space.

Consideration will primarily be required for issues related to the jurisdiction of a state, prosecution and punishment of perpetrators on terra communis.

The methods used to analyze the above-mentioned issues is the dogmatic and legal method – based on the analysis of corpus iuris spatiais – in terms of broadly understood criminal liability. In addition, a comparative method will be also used to compare the international acts with the solutions adopted under international aviation law – due to the fact that it is the branch of international law closest to space law. In this regard, it was necessary to analyze the so-called Tokyo-Hague-Montreal-Beijing system.

The result of the above study is a reflection that at the moment there is no clear way in the international legislation to cope with a “space criminal”, which results from the fact that the Outer Space Treaty itself is neither a comprehensive nor a detailed legal act. However, history already knows the cases of crimes committed by cosmonauts, and with the development of even space mining there will be more and more of them.

The summary of the above is the conclusion that it is necessary to fill the existing legal gap pro futuro. The postulate that it would be possible to adopt solutions functioning on the basis of the Tokyo-Hague-Montreal-Beijing-Beijing conventions system also seems justified.

Mateusz Guzik

This paper presents information on the influence of cosmic rays on electronic systems, in particular FPGA devices. The main objective of this thesis was to implement techniques for detection and correction of errors induced by radiation on FPGA devices. The design consisted of a radiation-protected part that performs measurable, observable and predictable tasks, the operation of which will be disturbed by actual errors introduced into the FPGA device. To counter the above-mentioned errors additional part of the project was developed, which protects against radiation. In the first part, the image processing module and a four-bit binary counter were implemented. In the second part, two supplementary error detection and correction techniques were implemented – SEM and TMR. Paper presents the types of errors resulting from the impact of radiation on electronic systems, describes the methods for detecting and correcting the errors mentioned above, and presents the implementation process of selected techniques. Performed simulations and conducted tests were also included.

The project allowed for the correct detection and correction of errors in the protected part, using solutions implemented in the protective part. All project tasks have been successfully tested. The 4-bit binary counter and image processing module worked as designed. SEM and TMR error detection and correction modules enable proper monitoring of FPGA system status and provide protection against the described radiation effects. This enables the implementation of effective, flexible and, importantly, software protection of the FPGA system against the radiation in space.

The project provided a unique opportunity to simulate errors resulting from the influence of radiation on FPGAs. Thanks to the solutions used, it is possible to programmatically inject actual errors into a working FPGA system, observe the impact of those errors on the implemented solutions, and verify the correct operation of any techniques that enable their detection and correction. Additional method was also developed to locate and address FPGA logic elements in order to introduce actual errors into them.

Maria Kirpachova

Currently the Middle Eastern countries can serve as an example for the rest countries of the world from the strategic point of view, taking into consideration their mechanisms of solving a range of security, anti-terrorism and state building issues. Moreover, it is obvious that the new era of the space race arises in the Middle East, and the most powerful players are United Arab Emirates and Saudi Arabia.

As their targets shift from an oil-based to a knowledge-based economy, the above mentioned states invest into space mining, presuming that the most resources, especially water which is considered to be the new oil of space, would be processed and used in space, while it may be economic to ship platinum to Earth. However, asteroid mining poses various legal challenges, so the interested states are obliged to improve their national space legislation in force. 

In the light of the foregoing, the research deals with exploration of the Emirati and Saudi space legislation in terms of their future space mining activity and the legal measures, that are being undertaken or should be undertaken by the stakeholders to ensure adequate and up-to-date regulation. Having as basis the purely deductive character of the science of law, the methods used during the research include initial data analysis, comparative analysis and drawing conclusion.

United Arab Emirates and Saudi Arabia are framing their policies and legislation towards two key areas to make advances: commercial activities dedicated to space resource extraction and human space exploration. The development of due legislative framework is under way. In this context they pay special attention to possessory rights and licensing of space mining activity, keeping in mind that some contemporary legal theories are considering the space mining to be a sheer violation of international space law. The research also compares the legislative framework of the abovementioned states with relevant law of Luxembourg that was the first EU country to offer legal certainty about asteroid mining.

Magdalena Górak

Rozpoczęcie procesu pozyskiwania zasobów znajdujących się w przestrzeni kosmicznej bez wątpliwości rozpocznie nowy etap rozwoju ludzkiej cywilizacji i będzie przełomowym momentem w jej historii. Jednakże zanim górnictwo kosmiczne stanie się powszechne musi zmierzyć się z wieloma przeciwnościami technologicznymi, finansowymi, a także i prawnymi. Kosmiczne górnictwo jako innowacyjny i niekonwencjonalny przejaw ludzkiej działalności stanowi bezprecedensowe wyzwanie dla ukształtowanych systemów prawnych, zarówno krajowych jak i międzynarodowych. Pojawiają się pierwsze trudności z ujęciem górnictwa kosmicznego w ramy aktów prawnych. Społeczność międzynarodowa próbuje zmierzyć się z odpowiedzią na pytanie czyją własnością będą wydobyte surowce, jakie elementy będą uważane za takowe oraz kto i na jakich zasadach będzie mógł je wydobywać.

 W celu udzielenia odpowiedzi na powyższe zagadnienia przeanalizowano i poddano wykładni obowiązujące traktaty międzynarodowe składające się na prawo kosmiczne (corpus iuris spatalis) pod kątem tego, czy ich postanowienia dają możliwość, aby na ich podstawie uznać za dozwolone pozyskiwanie zasobów kosmicznych dla celów pozanaukowych. Porównano również pierwsze państwowe akty prawne ustanawiające pierwsze zasady dotyczące działalności wydobywczej poza Ziemią z obecnym reżimem corpus iuris spatalis. Zapoznano się z pracami organów krajowych jak i zagranicznych, które za cel postawiły sobie stworzenie podstaw prawnych dla kosmicznego górnictwa i poddano ocenie efekty tych prac. 

Na podstawie zaprezentowanych metod wyciągnięto następujące wnioski: postanowienia aktualnie obowiązujących międzynarodowych układów prawa kosmicznego znacznie zawężają możliwości wykorzystania przestrzeni kosmicznej dla partykularnych interesów. Układ o zasadach działalności państw w zakresie badań i użytkowania przestrzeni kosmicznej, łącznie z Księżycem i innymi ciałami niebieskimi z 1967r. (Traktat o przestrzeni kosmicznej) ustanawia zasadę niezawłaszczalności tej przestrzeni przez państwa. Zasada ta zgodnie z regułami wykładni zawężającej nie dotyczy jednak podmiotów innych niż państwa. Ponadto dotyczy ona przestrzeni kosmicznej, ale jednak nie samych substancji znajdujących się w niej. Natomiast Układ normujący działalność Państw na Księżycu i innych ciałach niebieskich z 1979 r. (Układ Księżycowy) rozszerza i uszczegóławia zasadę niezawłaszczalności na surowce znajdujące się na Księżycu oraz innych ciałach niebieskich, a ponadto statuuje, że reżim ten oprócz państw dotyczy także podmiotów pozarządowych i prywatnych. W wystąpieniu zostanie wykazane, że wpływ Traktatu Kosmicznego na działalność kosmiczną jest w rzeczywistości nikły, gdyż liczy zaledwie kilkunastu sygnatariuszy, pośród których nie znajdują się najwięksi gracze na arenie współczesnego kosmicznego wyścigu. Państwa, które przodują w tym obszarze ustanawiają własne akty prawne, które określają podstawowe reguły kosmicznego górnictwa. Cechą łączącą te akty jest ustanowienie zasady własności zasobu kosmicznego dla podmiotu, który go wydobył. 

Stworzenie odpowiednich legalnych podstaw dla górnictwa kosmicznego stanowi nieprzeciętne wyzwanie dla społeczności międzynarodowej. Dochodzi bowiem do starcia się idei przestrzeni kosmicznej jako wspólnego dziedzictwa ludzkości i wykorzystywania jej wyłącznie w celach, które przyczyniają się dla dobra ogółu oraz partykularnych – politycznych oraz komercyjnych interesów państw i podmiotów prywatnych. Odpowiednie ramy prawne, respektowane na arenie międzynarodowej pozwolą na wykorzystanie potencjału jakie niesie ze sobą pozyskiwanie surowców na innych ciałach niebieskich, dlatego niezwykle istotne jest aby już teraz zastanowić się nad kształtem i kierunkiem międzynarodowych i wewnątrzpaństwowych regulacji dotyczących tej działalności.

Joanna Wieteska, Krystyna Syty, Mikołaj Mroszczak

CubeSaty to małe satelity, o szczegółowo określonych wymiarach, projektowane w celach edukacyjnych lub technologicznych. Zostały wybrane jako obiekt analizy, jako że ich misje nierzadko są prowadzone przez koła studencie i często kończą się niepowodzeniem. Ponadto dokumentacje tego typu projektów są łatwo dostępne w Internecie.

W pierwszym etapie badań wyszczególniono fazy projektu CubeSat: projektowanie, testowanie, start i misja. Następnie na podstawie studium literatury wyszczególniono najistotniejsze problemy w każdej fazie. Trzecim etapem projektu była analiza dokumentacji satelitów zaprojektowanych przez zespoły z AGH i Politechniki Warszawskiej oraz zaproponowanie rozwiązań najczęściej występujących problemów.

Badania jednoznacznie wykazały, że najczęstszą przyczyną niepowodzeń w misjach CubeSat są problemy w komunikacji między satelitą i stacją naziemną. Kolejnym źródłem niepowodzeń są braki pieniężne i kadrowe, szczególnie odejście z zespołu kluczowego personelu. Dlatego podczas takich misji niezwykle istotne jest prowadzenie szczegółowej dokumentacji na każdym etapie projektu. Dostrzeżono również konieczność wielokrotnego testowania oprogramowania misji w celu szybszego wykrycia błędów.

Z roku na rok misji CubeSat przybywa, stają się coraz tańsze i częściej kończą się  niepowodzeniem. Większość problemów sprowadza się do braków kadrowych i finansowych. Ta tendencja prawdopodobnie nie zmieni się w ciągu najbliższych kilku lat i misje CubaSat pozostaną dobrym obiektem badań nad niepowodzeniami w misjach kosmicznych.

Kris Zacny

The goal of the VIPER mission is to identify volatiles species within the top one meter layer of the lunar surface. VIPER is a rover mission that includes TRIDENT drill, Neutron Spectrometer System (NSS), Near InfraRed Volatiles Spectrometer Subsystem (NIRVSS) and Mass Spectrometer observing lunar operations (MSolo).NSS will look for hydrogen signature which is linked to water reserves. Once located, TRIDENT drill will be positioned above the hot spot and drill to 1 m depth in 10 cm bites. Chips conveyed to the surface will then be analyzed by NIRVSS and MSolo. 

The drill is based on the TRL4 Mars Icebreaker drill and TRL5 LITA drill developed for capturing samples of ice and ice cemented ground on Mars and represents over a decade of technology development effort. The drill consists of 1. Rotary-Percussive Drill Head, 2. Sampling Auger, 3. Brushing Station, 4. Feed Stage, and 5. Deployment Stage. 

To reduce sample handling complexity, the drill auger is designed to capture cuttings as opposed to cores. High sampling efficiency is possible through a dual design of the auger. The lower section has deep and low pitch flutes for retaining of cuttings. The upper section has been designed to efficiently move the cuttings out of the hole. The drill uses a “bite”
sampling approach where samples are captured in ~10 cm depth intervals.

The first generation, TRL4 Icebreaker drill was tested in Mars chamber as well as in
Antarctica and the Arctic. It demonstrated drilling at 1-1-100-100 level (1 meter in 1 hour with 100 Watt and 100 N Weight on Bit) in ice, ice cemented ground, soil, and rocks. The second generation, TRL5 LITA drill was deployed on a Carnegie Mellon University rover, called Zoe, and tested in Atacama, Antarctica, the Arctic, and Greenland. The tests demonstrated fully autonomous sample acquisition and delivery to a carousel. The modified LITA drill was tested in NASA GRC’s lunar vacuum chamber at <10^-5 torr and <200 K. It demonstrated successful capture and transfer of volatile rich frozen samples to a crucible for analysis. The modified LITA drill has also been successfully vibration tested at NASA KSC. The drill was integrated with RP rover at NASA JSC and successfully tested in a lab and in the field, as well as on a large vibration table and steep slope. Additional tests have been done with the ETU (TRL6) drill at NASA GRC VF13 chamber. The TRIDENT passed PDR and is scheduled to have CDR in the summer of 2020.

Konrad Blutstein, Katarzyna Łuszczek, Tadeusz A. Przylibski

Introduction: In the age of constantly increasing human interest in space exploration, resources will play a key role. Considering transportation costs into Earth’s orbit and beyond, assessment of utilization possibility of resources occurring in the Solar System beyond Earth seems to be necessary. Asteroids are the bodies in the Solar System, which are relatively near Earth’s orbit and at the same time near potential aims of space missions (Moon, Mars, moons of Jupiter or Saturn). There are objects orbiting in main asteroid belt, between the orbit of Mars and Jupiter, as well as objects crossing Earth’s orbit (Near Earth Asteroids). 

Methodology: Authors carry out research on potential metal ore resources on ordinary chondrite parent bodies. Their investigations are performed on ordinary chondrites falls collected from different parts of Earth. Authors consider them as a material representing rocks building their parent bodies – S-type asteroids. Electron microprobe and ICP-MS analysis as well as microscopic observations allow the chemical, mineralogical and petrological characterization of these rocks. Based on this, conclusions on metallic ore mineralization and abundances of selected metals (Fe, Ni, Co) in ore minerals can be drawn. Moreover, authors interpreted abundance of ore minerals in the parent bodies. Other lithological features of deposit rocks can be determined based on literature data. Authors also carry out research on physical properties of these rocks. This gives the opportunity of primary characterization of mining ore minerals, and it is good starting point for processing and enrichment these ore in situ (on asteroids). 

Results: Ordinary chondrite parent bodies contain 7-24% ore minerals, in the form of different mineral phases of FeNi alloy. The richest in metals H chondrite group is composed of 16.8% metallic iron, 1.7% Ni, 830 ppm Co. 

Summary: The performed research has allowed the authors the assessment of selected metallic deposits on parent asteroids. At present, different methods of separating and processing of ore minerals are tested. 

Jakub Ciążela

Biorąc pod uwagę brak dowodów na podwyższone temperatury gruntu i zmiany morfologii terenu wywołane wulkanizmem, wulkanizm na Marsie może wydawać się wygasły (Christensen et al., 2003; Edgett et al., 2010). Datowania marsjańskich prowincji wulkanicznych wykazują zróżnicowany wiek od bardzo młodego (<3 Ma) do bardzo starego (>4,000 Ma). Wulkanizm na Marsie jest więc najprawdopodobniej uśpiony a nie wygasły, sugerując ciągle aktywny magmatyzm. Potwierdzają to nasze analizy obrazów z Context Camera (CTX) Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) o rozdzielczości 6 m/piksel. W oparciu o parametry morfometryczne i wiek wulkanów marsjańskich, ustalany metodą liczenia kraterów uderzeniowych, stworzyliśmy model wskazujący, że erupcje magmy w prowincji wulkanicznej Tharsis wynoszą średnio ~150 km3/Myr w ciągu ostatnich 10 Ma. Przewidujemy, że największe komory magmowe mogą znajdować się pod Olympus Mons i Tharsis Montes. Wykryliśmy też związaną z nimi niedawną aktywność hydrotermalną, analizując lokalny skład atmosfery i powierzchnię Marsa. Nasza analiza widm Planetarnego Spektrometru Fouriera (PFS) z ostatnich 16 lat ujawniła trzy emisje metanu nad Tharsis w odstępach 1–2 miesięcy w 2014 roku. Bardziej szczegółowa analiza przestrzenna wskazuje, że metan pochodzi raczej z obszaru Olympus Mons niż z obszaru Tharsis Montes. Za pomocą Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars (CRISM) z MRO w trzech lokalizacjach cechujących się młodym wulkanizmem (<100 Ma), wykryliśmy minerały hydrotermalne, jarosyt lub ałunit. Na Ziemi aktywność hydrotermalna jest zwykle związana z tworzeniem się rud metali. Jarosyt i ałunit mogą wskazywać na bliskość rud metali. Diagnostyczne dla rud metali siarczki są jednak niewykrywalne w paśmie bliskiej podczerwieni, w którym operuje CRISM. Obecnie w Polskiej Akademii Nauk we Wrocławiu projektujemy spektrometr MIRORES (Mars far-IR ORE Spectrometer) pracujący w dalekiej podczerwieni, który będzie wykrywał siarczki z orbity Marsa. W celu lepszego zrozumienia rozmieszczenia oraz składu chemicznego złóż chemicznych na Marsie nasz zespół rozpoczyna też systematyczne badanie meteorytów marsjańskich oraz powierzchni Marsa z orbity. Jest to realizacja projektu OPUS NCN nr 2020/37/B/ST10/01420 na lata 2021–2025. 

Kamil Muzyka

Prawne dyskusje związane z wydobyciem i obrotem materią pochodzenia pozaziemskiego jest często skoncentrowana wyłącznie na kwestii importu kruszców oraz niezbędnych izotopów energetycznych. Takie spojrzenie nie pozwala zauważyć prawdziwego znaczenia, jakie ma zdolność operowania zasobami lokalnymi w przestrzeni kosmicznej. Prawo kosmiczne obecnie stoi przed ważniejszym wyzwaniem, niż same regulacje wydobycia surowców. Ważniejsze jest zadanie sobie pytania, co po wydobyciu? Jaki status będą miały obiekty kosmiczne wytworzone z takiej materii. Jak będziemy traktować gruz kosmiczny pozostały z takich obiektów? Jak będziemy traktować roboty i systemy biologiczne, których praca będzie oparta o wykorzystanie lub przetwarzanie materii ciał niebieskich?

Joanna Kozakiewicz

Meridiani Planum (MP), plains located on Mars between areographic latitudes: 2°N to 4°S, and longitudes: 8°W to 2°E, is one of the best-known regions on Red Planet. This hematite-rich area is unique on Mars. Hematite on Earth is an important ore of iron, and to form it often requires liquid water. 

To explore the source of hematite in Meridiani Planum one of two rovers of NASA Mars Exploration Rover mission was sent to Meridiani plains. It carried out an extensive investigation for 14 years between 2004 and 2018. The main aim of the exploration was to find evidence that liquid water was present in this area in the past (billions of years ago). The mission was a huge success. The rover took thousands of photos and acquired a lot of spectrometric data of rocks and sediments.

It turned out that hematite occurs in MP primarily in the form of millimeter-scale hematite concretions, called spherules, occurring in the sedimentary rocks that cover this area. Due to the fact that these rocks are less resistant than concretions, the spherules are eroded from the rocks and settle as lag deposits on the surface of Meridiani Planum.

The presentation summarizes the results of physical and chemical properties of hematite spherules obtained from the data acquired along the entire traverse of the rover from Eagle Crater to Endeavour Crater. 

Hematite spherules literally covering Meridiani Planum can be to some extent an easily available source of iron for future Martian missions.

Jarosław Socha, Matylda Kołomyjec

W ostatnich latach koszt wyniesienia na orbitę kilograma ładunku na niską orbitę
okołoziemską znacząco się obniżył, jednak nadal pozostaje bardzo wysoki – w granicach kilku tysięcy dolarów. Z powodu tak wysokich kosztów są inne, wspomagające rakiety, środki transportu. Jednym z nich jest winda kosmiczna, czyli teoretyczny projekt kabla pomiędzy Ziemią, Marsem czy Księżycem, a przestrzenią kosmiczną, po którym poruszają się odpowiednio skonstruowane pojazdy. Projekt ów zakłada utrzymywanie windy w pionie przez siłę odśrodkową obracającej się planety. Niestety na chwilę obecną nie jesteśmy w stanie wyprodukować materiałów na tyle wytrzymałych, aby umożliwiły one budowę windy z powierzchni Ziemi. Istnieją jednak materiały o wystarczających właściwościach, by mogły stanowić podstawę konstrukcji windy z Księżyca. Winda taka, w przeciwieństwie do analogicznej przytwierdzonej do powierzchni Ziemi, utrzymywana byłaby nie tylko przez siłę odśrodkową. Ze względu na zbyt powolny obrót Księżyca, utrzymywałby się głównie dzięki sile grawitacji pomiędzy Ziemią, a Księżycem.
Nasz projekt opiera się na powyższej idei windy księżycowej. Ze względów
technicznych zakłada się, że podczas budowy windy istniałaby już na Księżycu
podstawowa infrastruktura, jak kopalnie czy bazy naukowe. Dodatkowo w punkcie
Lagrange’a L1 – miejscu między Ziemią a Księżycem, gdzie równoważą się siły grawitacji tych ciał – miałaby powstać stacja transferowa.

Służyłaby ona nie tylko jako punkt przeładunkowy i przystanek na trasie Ziemia-
Księżyc, ale także jako odpowiednik ISS, pozwalający na prowadzenie badań w warunkach mikrograwitacji. Kabel zakończony byłby swego rodzaju przeciwwagą w postaci przechwyconej planetoidy.

Winda umożliwiłaby tańszy, ponieważ redukujący zużycie energii, transport materiałów kopalnych z Księżyca na Ziemię i naukowców do bazy w punkcie Lagrange’a. Ponadto jej zaletą jest bezpieczeństwo transportu związane ze zmniejszeniem potrzeby lądowania napędem, które jest obecnie jedynym środkiem osiągnięcia powierzchni przez pojazdy kosmiczne na powierzchniach znanych nam pozaziemskich ciał niebieskich.

Dagmara Stasiowska, Michał Kolasa

Everything indicates that Mars’ colonization is only a matter of time. According to the largest space companies’ announcements, the first manned missions to Mars are expected to take place in the next decade. This fact creates a huge number of questions and the same number of possibilities in scientific terms. One of the basic aspects to be raised is the diet of future colonizers. Its impact on the general, physical and mental, the condition has been confirmed many times. The technology and resources needed for the production of elements of their menu are one of the factors, which will impact astronauts’ diet. The work is a review of solutions proposed so far, both in terms of the astronaut menu itself and possible production methods. Challenges related to food production are analyzed, as well as solutions for some of them are proposed. The authors also present some propositions of studies necessary to be carried out before the first expedition.

Bartosz Smolik

Mars już od przeszło stu lat pobudza wyobraźnie astronomów, literatów, konstruktorów rakiet, inżynierów z przemysłu kosmicznego, jak i wielu entuzjastów lotów kosmicznych. Wraz z zaplanowaną już przez USA eksploracją Księżyca przed rządami mocarstw oraz opinią publiczną pojawi się pytanie czy i jak długo koncentrować swoje zainteresowanie na Srebrnym Globie, a także czy i jak sfinansować wyprawę na Marsa?

Niniejszy referat ma na celu dokonanie analizy porównawczej różnych programów dotyczących misji na Marsa, a także analizę możliwości jego dalszej eksploatacji. Autor przeanalizuje możliwości podjęcia takiej decyzji na Ziemi wiążącej się z dużą dozą ryzyka i sporymi wydatkami. Przeanalizowane zostaną projekty programów z początku lat 90. w tym Raport 90 – dniowy, Misja Mars Direct, Mars Direct Plus, a także dzisiejsze inicjatywy, jak kontrowersyjna Mars One, propozycje firmy SpaceX i Elona Muska w postaci Interplanetarny Transport System (obecnie Starship) i masowej kolonizacji Czerwonej Planety, a także różne projekty korporacyjne. 

W konkluzjach referatu autor wskaże na możliwe warianty decyzji i finansowania wstępnej eksploracji Mars przez ludzi, a następnie jego eksploatacji znajdujących się tam złóż metali i innych surowców naturalnych.

Bartosz Malinowski, Katarzyna MALINOWSKA

Recent developments in U.S. and European space activities, such as the increased role of the private sector, the changing landscape of space transportation market and the ambitions to reactivate lunar manned presence on the lasting basis, reflected by initiatives such as the Moon Village or the Artemis Program, increased interest by the entrepreneurs, state actors, as well as international legal community in the issue of in-situ space resource utilization, as well as in commercial space mining. 

However, as concerns the current international legal regime applicable to economic utilization of deep space, there exists a widely perceived view as to its inadequacy for the envisaged economic exploitation of space resources. Individual nations did intervene to unilaterally afford space entrepreneurs the required legal certainty by mandating the possibility to appropriate space resources, sparking international criticism, in particular in the forum of the United Nations Committee on the Peaceful Uses of Outer Space (UNCOPUOS), as well from the scholars of international space law. 

Here, we discuss the merits and deficiencies of such potential legislative move performed by the Polish legislature, in terms of its compatibility with international legal framework, along with its benefits, if any, for the Polish and global space economy. The research method used is the analytical-descriptive one, applied to analysis of available juristic and policy sources.

Anna Łosiak

Collisions of asteroids with Earth result in not only death and destruction, but also create potential for earning a lot of money in space mining on our own planet. 

Extensive mineral resources such as gold, hydrocarbons, diamonds, nickel, copper, platinum group elements, building stones and uranium exist only because of numerous cosmic crashes that our planet endured. For example, Vredefort is a crater in Republic of South Africa (>250 km in diameter and 2.02 Ba) that during the last tens of years was the world’s most important source of gold. Those deposits were formed before the crater, but they become preserved only in its proximity due to a target rocks deformations that helped to shield ore from 7 km of erosion. An impact crater Sudbury in Canada (>200 km diameter, 1.8 Ba) is one of the world’s main sources of nickel and palladium, as well as copper and gold. Those resources were formed by the fractional differentiation of a gigantic impact magma chamber formed by melting and mixing a ~10 km in diameter asteroid and target rocks. Multiple different craters are associated with oil and gas deposits e.g.; Chicxulub aka “dinosaur killer” in Mexico (180 km in diameter, 65 Ma), Ames in USA (16 km, 470 Ma), Steen River in Canada (25 km, 91 Ma). Those deposits were formed because impact cratering increases porosity of target rocks, forming spaces where hydrocarbons can gather. 

Impact craters are important also for non-mining related activities. They are popular tourist destinations (e.g., Kaali in Estonia, 100 m, 3.5 ka or Meteor crater in USA, 1.3 km 50 ka), can be used for education (including astronaut training before Apollo missions in Ries in Germany 24 km, 15 Ma) and for sport, water storage and electrical energy production. In short: life with impact craters is better

Anna Hurova

The space domain develops according to a few trends. On the one hand, governments focused on increase Space Forces, nevertheless that article 4 of the OST prescribe use of Moon and other celestial bodies solely for peaceful purposes. On the other hand, space mining could change the global economic order and save the environment of the Earth pushed by private companies or within public-private partnerships over the State’s jurisdictions. Combining them we could assume that struggle for space resources could face ‘soft kill’ technologies or cyber-attacks.

Based on this hypothesis research is aimed to make some predictions which legal mechanisms could be useful for the protection of space mining from cyber-attacks. The precautionary principle as a root shall be the reason for the growing common protection infrastructure of protection, which includes national law and policies, ISO, regional and entities’ standards, etc., that more detail is analyzed in this research.

Andrzej Piotrowicz

Alternatywę dla wydobycia złóż ziemskich stanowi eksploatacja zasobów pozaziemskich, która w niedalekiej przyszłości zdaje się być nieunikniona. Eksploracja
i komercjalizacja przestrzeni kosmicznej, logistyka kosmiczna i górnictwo kosmiczne –
te dziedziny obecnie czekają na realizację. Ich podmiotami powinno być zapewnienie dostępu do depozytów znajdujących się na ciałach niebieskich oraz finalnie wydobycie zasobów. Następnie, rudy te wymagają kolejnych zabiegów technologicznych, dzięki którym z rud otrzymuje się produkty finalne, takie jak metale – nauką techniczną zajmującą się tym zagadnieniem jest metalurgia ekstrakcyjna. Patrząc perspektywicznie, należy się zastanowić nad kolejną dziedziną jaką będzie „metalurgia kosmiczna”: hutnictwo, odlewnictwo, rafinacja, inżynieria metali i przeróbka plastyczna w kosmosie.

Metalurgia znana w warunkach ziemskich niekoniecznie musi być taka sama jak metalurgia kosmiczna. Wynika to z warunków fizycznych i chemicznych, które panują
w przestrzeni kosmicznej: (próżnia, mikrograwitacja) lub na innych ciałach niebieskich (warunki meteorologiczne, skład geochemiczny ciała niebieskiego itd.). Z drugiej strony takie same prawa i zjawiska fizyczne mają miejsce w innych miejscach kosmosu, toteż znane procesy metalurgiczne powinno się dać zaadaptować do warunków kosmicznych.

Zatem, czy w przyszłości metalurgii «Nihil novi sub sole» (Nic nowego pod słońcem) czy «Ecce nova facio omnia» (Oto czynię wszystko nowe)? Czy w obliczu nowej dziedziny, jaką jest górnictwo kosmiczne, w metalurgii nastąpi przełom? Czy z tego powodu nastąpi rewaloryzacja „ziemskiej” metalurgii? Wiele badań naukowych wskazuje
na to, że warunki kosmiczne mają istotny wpływ na zjawiska i procesy metalurgiczne, takie jak: korozja i erozja w przestrzeni kosmicznej, rola zwiększonej grawitacji
na strukturę stopów, przenoszenie ciepła w warunkach mikrograwitacji, rafinacja
w próżni kosmicznej, wpływ składu rudy pochodzenia kosmicznego na proces ekstrakcji metali i wiele innych.

W ramach referatu zostaną przedstawione rozważania nad metalurgią kosmiczną (fizykochemią rud i metali, materiałoznawstwem, hutnictwem itd.), w tym w nawiązaniu do górnictwa kosmicznego. Zostaną zaprezentowane procesy metalurgiczne
w przestrzeni kosmicznej lub na ciałach niebieskich, a następnie porówna się
je z procesami w warunkach ziemskich. Zostaną pokazane problemy oraz wyzwania czekające na metalurgię kosmiczną.

Andrzej Kotarski

Księżyc jest celem planowanych misji agencji kosmicznych Stanów Zjednoczonych, Chin, Indii i Japonii oraz Unii Europejskiej i Rosji. W ramach tych programów, jak i też programów prowadzonych przez podmioty prywatne, planuje się przeprowadzenie bezzałogowych misji demonstrujących rozwiązania techniczne do eksploatacji lokalnych zasobów na potrzeby misji. Jest to wstęp do zabezpieczenia potrzeb misji o długim czasie pobytu na jego powierzchni lub pod jego powierzchnią. Kluczowym zasobem w kręgu zainteresowania jest woda, która może być zastosowana w systemach podtrzymywania życia lub też materiał pędny lub też surowiec do jego produkcji.

Czynnikiem zmieniającym charakter pobytu człowieka na Księżycu z krótkoterminowego na długoterminowy lub stały jest wykorzystanie jego zasobów na skalę przemysłową na te potrzeby. Kluczowym elementem umożliwiającym to jest adekwatna infrastruktura orbitalna która zapewni prowadzenie operacji wydobycia zasobów Księżyca w trybie ciągłym oraz ich globalny zasięg.

Przeprowadzone symulacje dwóch scenariuszy operacji na Księżycu bez infrastruktury orbitalnej i z jej wykorzystaniem wykazują znaczący wzrost zdolności operacyjnych jednostek działających na jego powierzchni i orbicie oraz wzrost ich zasięgu w przypadku jej użycia. Istotnym elementem jest prowadzenie tych operacji w czasie rzeczywistym oraz uzyskanie ich globalnego zasięgu.

W świetle wyników przeprowadzonych symulacji scenariuszy operacji wydobywczych na Księżycu z użyciem infrastruktury orbitalnej i bez niej wynika, że jest ona kluczowym elementem otwierającym ich prowadzenie w czasie rzeczywistym oraz na skalę globalną.

Aleksandra Brankiewicz, Izabella Noworyta

Niedawne odkrycie wody na księżycu może wkrótce przyczynić się do intensywniejszego zainteresowania szukaniem życia poza Ziemią (1).

Od dawna wiemy, że tam, gdzie na Ziemi znajduje się woda w stanie ciekłym, istnieje też życie. Jednak wiele organizmów na Ziemi wymaga dodatkowych warunków, a nie tylko samej wody. Organizmami, które mogą pokonać wiele barier są ekstremofile (2). Istnieją miejsca na Ziemi,  takie jak lodowce, gorące źródła czy kominy hydrotermalne, gdzie toczy się życie. Ale jak to możliwe? Ewolucja wykreowała niesamowite molekularne, biochemiczne i anatomiczne przystosowania, które pozwoliły żyć w ekstremalnych warunkach (3,4). Nasza świadomość, w połączeniu z nowymi danymi, sugeruje, że życie może być częstsze niż myślimy.

Obecny stan wiedzy wskazuje na to, że prokariotycznie ekstremofile były pierwszymi przedstawicielami życia na Ziemi. Elastyczność ich genomu prawdopodobnie umożliwiła przystosowanie się do szerokiego spektrum trudnych warunków. Istnieje kilka podstawowych kategorii organizmów m. in.: acidofilne, alkalofilne, halofilne, barofilne
i radiooporne (5). W związku z tym można przypuszczać, że życie, jakie mogłoby istnieć nawet w wyjątkowo niesprzyjających kosmicznych warunkach, byłoby zbliżone do nich. Być może nawet udałoby się wprowadzić je na tereny jeszcze nie zamieszkane przez życie.

Argumentem przemawiającym za badaniami nad wykorzystaniem  mikroorganizmów do zasiedlenia innych ciał niebieskich jest fakt, że istnieją mikroby, które do pozyskiwania energii niezbędnej do życia wykorzystują nie tlen, a np. związki siarki – jak bakterie purpurowe. Fakt ten jest istotny ze względu na to, iż można by zasiedlić organizmami planety, przy wykorzystaniu surowców już znajdujących się na tym obiekcie.

W naszym referacie pokusimy się o zestawienie obecnej wiedzy o życiu na Ziemi
z teoretycznymi uwarunkowaniami życia w kosmosie oraz przybliżymy warunki, jakie są konieczne do sztucznego zasiedlenia innych ciał niebieskich. 

Jeśli zatem nie znajdziemy życia poza Ziemią, to czy można je tam zacząć?

Agata Kołodziejczyk

Analogue space missions in Poland already include over 20 organized international scientific, technological and business projects. The initiators of these unique projects on a global scale are former employees of the European Space Agency – the founders of the only company in Poland related to manned space flights: Analog Astronaut Training Center (AATC). In addition to a wide range of training courses for future commercial astronauts, the company provides a private laboratory to simulate the space environment. It carries out scientific experiments focused on biology and space medicine, as well as addressing a number of multidisciplinary issues related to the exploration of the Moon and Mars, including space mining. More information on the possibility of cooperation is available at www.astronaut.center.

Adam Jan Zwierzyński

Review work in which the prospects of the space resources market were presented on the basis of government documents, space agencies, new space companies, and banks. The dynamic development of the market was demonstrated. In paper was menioned about NASA Artemis and NASA Artemis Accord programs, as well as Space Force in the context of obtaining space resources.

kgk@agh.edu.pl
@KGK.SRC
YouTube
@kgk-src
@kgk.src