Dr Maciej Grybko – Doktorant na University of Southern Queensland. Absolwent studiów inżynierskich University of Leeds i studiów magisterskich Illinois Institute of Technology w dziedzinie inżynierii kosmicznej. Jego doktorat dotyczy konstrukcji silnika wirującej detonacji w konfiguracji odrzutowej i jego testów w hipersonicznym tunelu aerodynamicznym. Maciej zbudował kilka amatorskich rakiet wysokiej mocy oraz silnik rakietowy na paliwo stałe. Założył on dwa studenckie kluby rakietowe, Illinois Tech Rocketry oraz UniSQ Student Rocketry, które rywalizują w najbardziej prestiżowych konkursach rakietowych na świecie. Celem Macieja jest radykalne obniżenie kosztów lotów kosmicznych poprzez wykorzystanie jego silnika wirującej detonacji.
Artykuł jest częścią cyklu rozmów Coopercnius z polskimi naukowcami z zagranicznym dorobkiem naukowym.
Początki na ścieżce akademickiej
Moja przygoda z nauką zaczęła się na poważnie już w liceum. Kiedy wybierałem liceum, akurat otworzył się innowacyjny program nauczania w XX LO w Gdańsku. Akurat tak się złożyło, że to była najbliższa szkoła. Program ten, potocznie nazywany super-mat-fizem, koncentrował się mocno na nauczaniu matematyki, fizyki, informatyki i angielskiego. W ramach tego programu zdawałem matematykę na Politechnice Gdańskiej, jeździłem na obozy naukowe i brałem udział w konkursach. Tak naprawdę, do końca liceum ukończyłem całą matematykę studiów inżynierskich na PG.
Wyjazd za granicę był ukierunkowany moimi ambicjami. Chciałem studiować na prestiżowej uczelni, aby jak najwięcej się nauczyć i nawiązać kontakty. Dodatkowo, chciałem się usamodzielnić. Niestety, wybór uczelni był nietrafiony. Moja wiedza, przynajmniej matematyczna, kompletnie wykraczała poza poziom studiów i się najzwyczajniej w świecie nudziłem. Uczelnia zabroniła mi chodzenia na wykłady wyższych lat, a na moje pytanie czym mógłbym się zaangażować w projekty naukowe, otrzymałem odpowiedź „idź poczytaj coś sobie w bibliotece”.
Podążanie za instynktem
Przed studiami zainteresowałem się dziedziną Aerospace Engineering. Pasjonowałem się matematyką, ale szukałem jej praktycznego zastosowania i chciałem dokonać podczas swojej kariery czegoś przełomowego. Nie wiedziałem jeszcze co to będzie, ale postanowiłem zaufać swoim instynktom. W pierwszej kolejności zainteresowałem się silnikami odrzutowymi. Skoncentrowałem się na pozyskaniu stażu po pierwszym roku studiów, dlatego miesiącami czytałem o producentach tych silników. Niestety, zniechęciłem się szybko, po tym jak odpadłem w pierwszej rundzie rekrutacji na jakimś głupim teście numerycznym, który nie miał nic wspólnego z matematyką.
I wtedy do głowy przyszły mi rakiety. Jedną z największych zalet bycia studentem jest nieograniczony dostęp do materiałów naukowych, które normalnie są płatne. Tak więc, pościągałem tyle książek i artykułów o rakietach, ile się dało i czytałem. Jednocześnie, jeździłem na lokalne konferencje, na których uczyłem się o niekonwencjonalnych napędach kosmicznych, poznawałem entuzjastów kosmosu i rozwijałem swoje pasje. Bywałem często w Polsce i również tu uczestniczyłem w konferencjach kosmicznych. Branża kosmiczna w Polsce jest stosunkowo mała i dobrze zintegrowana. Na każdej konferencji pojawiali się ci sami ludzie i każdy znał każdego. To też, gdy pojawiłem się tam jako jedyny student, bez problemu udało mi się nawiązać kontakty. Zaowocowały one przyjęciem na staż do Space Forest – jedynej Polskiej firmie produkującej rakiety. Jestem ogromnie wdzięczny za oba staże i w dalszym ciągu utrzymuję kontakt z ekspertami ze Space Forest. Był to jeden z najważniejszych momentów w mojej karierze. Przygotowania rakiet do lotów bardzo pobudzały moją wyobraźnię i wtedy stwierdziłem – tym właśnie chcę się w życiu zajmować.
Stypendium naukowe przepustką za ocean
Na studia magisterskie wyjechałem do Stanów. Nie byłoby to możliwe, gdyby nie stypendium, które zorganizował dla mnie mój nauczyciel matematyki z XXLO. Moim głównym celem było zainicjowanie studenckiego klubu rakietowego na mojej uczelni. I chociaż nie było łatwo, doszło to do skutku. Klub rozwinął się niesamowicie, a rok po moim odejściu drużyna dostała się do największego na świecie konkursu rakietowego – Spaceport America Cup. Myślałem, że po ukończeniu studiów magisterskich bez problemu dostanę pracę inżynierską w Stanach. Tak się jednak nie stało. Po pół roku szukania pracy, zbankrutowałem i musiałem wrócić do Polski. Były dwie przyczyny. Po pierwsze, regulacje prawne ITAR w Stanach bardzo strzegą wiedzy kosmicznej (w szczególności o napędach) i żadna firma kosmiczna, np. SpaceX, nie ma prawa zatrudnić obcokrajowca. To też nie mogłem dostać pracy w swojej dziedzinie. Tak więc, szukałem dowolnej pracy inżynierskiej na start. I tu pojawił się drugi problem. Pracodawcy powiedzieli mi wprost, że jestem zbyt wyspecjalizowany w rakietach. Nawet jak próbowałem to ukryć w CV, to i tak, szybko sobie z tego zdawali sobie sprawę. I spotykałem się z odmową. Dlatego doszedłem do wniosku, że teraz nie ma drogi powrotnej. Muszę pracować nad rakietami.
Moim planem B był doktorat. W Stanach nawet doktorat nie był możliwy ze względu na ITAR. Natomiast Australia była bardzo otwarta na współpracę. Zaaplikowałem łącznie na trzy doktoraty. Pierwsze dwa projekty były interesujące, chociaż bardziej teoretyczne. Z różnych powodów nie doszły do skutku. Mi bardzo zależało na pracy eksperymentalnej, a najlepiej, na czymś związanym ze spalaniem. Nie mogłem trafić lepiej. Trzeci projekt polegał na zbudowaniu i przetestowaniu w hipersonicznym tunelu aerodynamicznym niekonwencjonalnego napędu – silnika wirującej detonacji.
O wirującej detonacji pierwszy raz usłyszałem czytając prace Profesora Piotra Wolańskiego. Był on cenionym na całym świecie pionierem badań nad detonacją. Poznałem go kiedyś na konferencji, ale jeszcze nie wiedziałem, że będę się zajmować ściśle jego dziedziną. Profesor Wolański próbował zorganizować dla mnie staż w NASA. Odpowiedział on również na liczne pytania jakie miałem na początku swojego doktoratu. Niestety, zmarł w zeszłym roku. Aktualnie jestem w połowie doktoratu. Muszę przyznać, dopiero raczkuję w swojej dziedzinie. Nie mam jeszcze publikacji, ale mam wiele pomysłów i planów na wiele lat. Ten miesiąc jest pełen eksperymentów. Właśnie zakończyłem eksperymenty detonacji wodoru, a po weekendzie przystępuję do kolejnych eksperymentów – charakteryzacji przepływu naszego hipersonicznego tunelu. Niedawno wysłałem do produkcji mój prototyp silnika wirującej detonacji. Planuję rozpocząć jego testy w sierpniu. Celem mojego doktoratu jest osiągnięcie wirującej detonacji i zbadanie wpływu różnych parametrów na zachowanie tej detonacji. Po doktoracie chciałbym kontynuować moje badania nad silnikiem. Marzę o testach tego silnika w prawdziwym locie.
Dlaczego uważam, że moje badania są ważne? Silnik wirującej detonacji jest znacznie wydajniejszy od konwencjonalnych silników (sama reakcja jest wydajniejsza o 20-30%). Dodatkowo jest on o wiele prostszy w budowie – nie ma części ruchomych. Ponieważ detonacja przebiega bardzo szybko i na krótkim dystansie, silnik ten może być dużo mniejszy i lżejszy – będzie stawiał mniejsze opory w locie. Ja widzę dwa zastosowania tego silnika. Po pierwsze, naddźwiękowe loty pasażerskie. Do tej pory nie były one możliwe, a raczej opłacalne (np. samolot Concord), ponieważ tradycyjne silniki odrzutowe stawiają ogromny opór i gwałtownie tracą wydajność po przekroczeniu bariery dźwięku. Pierwsze badania odrzutowych silników wirującej detonacji wykazują, że zachowują one swoją wydajność w szerokim zakresie prędkości naddźwiękowych, co może umożliwić takie loty w rozsądnych cenach. Po drugie, loty kosmiczne. W lotach kosmicznych liczy się każdy gram. Zwiększenie wydajności silników pozwoli na wyniesie w kosmos znacznie cięższych ładunków lub patrząc z innej strony, do wyniesienia tego samego ładunku wystarczy dużo mniejsza rakieta. Dodatkowo, uproszczona konstrukcja jeszcze bardziej obniży koszty lotu. Wierzę, że ta technologia zmniejszy koszt lotów kosmicznych dziesięciokrotnie. Otwarcie taniego dostępu do kosmosu zmieniło by nasz świat nie do poznania.
Testowanie takich silników jest ogromnym wyzwaniem. W celu wytworzenia warunków w naszym tunelu aerodynamicznym odpowiadającym lotowi przy prędkości Macha 4 musimy podgrzać tunel do granic wytrzymałości. Jednym z największych ograniczeń są dzisiejsze materiały. W lotach naddźwiękowych generowane są temperatury rzędu tysięcy stopni Celsjusza. Dlatego tak ważny jest rozwój technologii materiałów oraz druku 3D. Dla przykładu, druk 3D pozwala na produkcję całego silnika jako jeden element z kanałami chłodzącymi, które nie mogły by zostać wydrążone tradycyjnymi metodami.
Na zakończenie, uważam, że w rozwoju młodego naukowca najważniejsze są ciekawość i cierpliwość. Ciekawość jest kluczem do wielkich odkryć i co najważniejsze, pozwoliła mi odkryć, czym dokładnie chcę się w życiu zajmować. Warto jest zajmować się przeróżnymi zainteresowaniami, badać je i zmieniać wraz z upływem czasu. Natomiast cierpliwość jest niezbędna do realizacji naszych marzeń. W liceum myślałem, że upór i ambicje doprowadzą mnie do sukcesu. Teraz mam zupełnie inne zdanie. Uważam, że najważniejsza jest zdrowa rutyna, dbanie o zarówno rozwój naukowy jaki i personalny oraz czerpanie radości z samej codziennej pracy, a nie samych osiągnięć.
Fot. Unsplash
