Tytuł: "MEMS based mass spectrometry"

Instytucja Finansująca: Europejska Agencja Kosmiczna

Lider Konsorcjum: Politechnika Wrocławska

Konsorcjanci: Politechnika Wrocławska, Creotech Instruments

Kierownik Projektu na PWr: dr hab. inż. Tomasz Grzebyk, prof. PWr

Okres realizacji na PWr: 09.05.2022 – 31.07.2024

Wartość projektu: 450 000 EUR

Kwota dofinansowania dla PWr: 300 000 EUR

Opis: Projekt pt. „MEMS based mass spectrometry” był pierwszym projektem kierowanym przez naukowców z Politechniki Wrocławskiej realizowanym dla Europejskiej Agencji Kosmicznej. Dotyczył on opracowania miniaturowego spektrometru mas bazującego na technologii MEMS, który będzie spełniał wyśrubowane normy kosmiczne. Spektrometr mas to dość złożony instrument analityczny, który pozwala zmierzyć skład atmosfery gazowej, np. wokół innych planet Układu Słonecznego, na Księżycu czy w otoczeniu statków kosmicznych. Poza aspektami czysto poznawczymi, charakteryzacją zmienności warunków panujących w przestrzeni kosmicznej, docelowo będzie mógł być też zastosowany do poszukiwania życia pozaziemskiego – a konkretniej obecności określonych gazów w atmosferze, tak zwanych biomarkerów (pewne węglowodory, sulfina).

W ramach realizowanego grantu powstał prototyp instrumentu, aktualnie na poziomie gotowości technicznej TRL 4/5,  który w kolejnej fazie będzie mógł wylecieć w przestrzeń pozaziemską. Opracowany spektrometr jest niezwykle mały (głowica pomiarowa ma 10x2,5x2,5 cm³), lekki (< 1000 g), zużywa mało mocy (<10 W), a przy tym jego parametry użytkowe są niewiele gorsze od klasycznych spektrometrów, zajmujących połowę biurka, może mierzyć gazy o masie od 1 do 400 AMU, a rozdzielczość sięga 1%. Do jego wytworzenia wykorzystano technik MEMS w połączeniu z precyzyjnym drukiem 3D. Spektrometr posiada własną elektronikę i oprogramowanie, które opracowali partnerzy z firmy Creotech Instruments. Aby móc go umieścić na statku kosmicznym, spektrometr musiał być dodatkowo odporny na wibracje, przeciążenia, oraz zmienne warunki temperaturowe. Wszystkie testy przeszedł pomyślnie.

1. P. Szyszka, J. Jendryka, J. Sobków, M. Zychla, M. Białas, P. Knapkiewicz, J. Dziuban, T. Grzebyk, MEMS quadrupole mass spectrometer, Sensors and Actuators. B, Chemical. 2024, vol. 411, art. 135712, s. 1-9.
2. T. Grzebyk, P. Szyszka, M. Krysztof, P. Urbański, M. Białas, P. Knapkiewicz, J. Dziuban, MEMS-based vacuum analytical instruments for space applications, Technical Digest of the 37th International Vacuum Nanoelectronics Conference, IVNC: July 15-19, 2024, Brno, Czech Republic: IEEE, s. 105-106.
3. P. Szyszka, J. Jendryka, J. Sobków, M. Zychla, M. Białas, P. Knapkiewicz, J. Dziuban, T. Grzebyk, MEMS based mass spectrometer, Proceedings of the 74th International Astronautical Congress (IAC), Baku, Azerbaijan, 2-6 October 2023, s. 1-4, ISSN 0074-1795.
4. P. Szyszka, J. Jendryka, J. Sobków, M. Zychla, M. Białas, P. Knapkiewicz, J. Dziuban, T. Grzebyk, MEMS quadrupole mass spectrometer. Technical Digest of the 36th International Vacuum Nanoelectronics Conference, IVNC : July 10-13, 2023, Cambridge MA, USA. Danvers, MA : IEEE, cop. 2023. s. 195-197.