W środę poleciał na orbitę najdłuższy koronograf świata! Umożliwiła to technologia lotu w precyzyjnej formacji
Dwa satelity mają przemieszczać się po specyficznej orbicie po to, by w odpowiednim miejscu ustawić się w formacji pozwalającej na stworzenie sztucznego zaćmienia Słońca. Misja Europejskiej Agencji Kosmicznej Proba-3 pokazuje, jak nowoczesne technologie satelitarne wspierają naukę na najwyższym poziomie.
Spis treści:
Na ten moment czekaliśmy już od dekady. Misja Proba-3, której pierwotnym celem było przetestowanie i udoskonalenie lotu satelitów w precyzyjnej formacji, ma też swój wymiar naukowy. I właśnie to połączenie wysokiej technologii z zebraniem trudno dostępnych danych astronomicznych sprawia, że Proba-3 jest tak ekscytującą misją.
Czym jest koronograf
Chodzi o skonstruowanie najdłuższego do tej pory koronografu, czyli przyrządu do badania słonecznej atmosfery. Co to takiego? Od dziecka uczymy się, że patrzenie bezpośrednio na Słońce to zły pomysł. Silne promieniowanie gwiazdy „oślepia” także aparaturę badawczą. Jeśli jednak tarcza słoneczna zostanie zasłonięta – tak jak podczas zaćmienia, gdy ukrywa się za Księżycem – naukowcy mogą bezpiecznie obserwować koronę, czyli najbardziej zewnętrzną część atmosfery Słońca. Koronograf to urządzenie, które pozwala na wywołanie sztucznego zaćmienia.
Misja Proba-3
Dwa mające działać w tandemie satelity Proba-3 trafiły do Indii i zostały wystrzelone z kosmodromu Centrum Kosmicznego Satish Dhawan. W kosmos wyniosła je rakieta PSLV-XL, będąca wersją rakiety Polar Satellite Launch Vehicle (PSLV) z dodatkowymi boosterami, co zapewnia większą moc i precyzyjne umieszczenie satelitów w docelowym punkcie. A mają trafić na wysoce eliptyczną orbitę – 600 x 60 530 km przy nachyleniu około 59 stopni – i w odpowiednim miejscu utworzyć formację.
Koszt paliwa byłby zbyt wysoki, aby utrzymać formację przez całą orbitę. Dlatego każda orbita zostanie podzielona na sześć godzin manewrów lotu formacyjnego w apogeum i resztę orbity w pasywnym bezpiecznym dryfowaniu.
Mówimy o sześciu godzinach tworzenia przez Probę-3 sztucznego zaćmienia Słońca. Oczywiście to zaćmienie będzie widoczne tylko dla instrumentów koronografu, w żaden sposób nie wpłynie na to, co postrzegamy na Ziemi. Jeden z pary satelitów będzie działał jak okulter i przesłaniał tarczę słoneczną, by możliwe było badanie korony słonecznej przez drugiego satelitę.
Wszechstronne urządzenie
– Koronografy są rodzajem teleskopów (na ogół refraktorów), w których przesłaniane jest światło Słońca/gwiazdy za pomocą tarczki (systemów tarczek) i apertury (systemów apertur). Olbrzymim problemem podczas obserwacji koronografami słonecznymi jest bardzo jasne, zasłonięte tarczką Słońce, które jest źródłem światła rozproszonego powodowanego głównie dyfrakcją na tarczkach i przesłonach/aperturach – mówi dr Marek Stęślicki z Zakładu Fizyki Słońca Centrum Badań Kosmicznych PAN, jeden z głównych naukowców misji Proba-3.
Heliofizyk wyjaśnia, że im większy jest koronograf, tym łatwiej poradzi sobie z tym niepożądanym światłem. Pozwala skuteczniej optycznie odfiltrować światło pochodzące z fotosfery, które uległo dyfrakcji. Dlatego tu koronografy naziemne mają przewagę, ponieważ są większe. Ale patrzą one przez atmosferę, która jest też olbrzymim źródłem rozproszonego światła. Dlatego koronografy naziemne obserwują jedynie niską i jasną koronę.
– Koronografy kosmiczne siłą rzeczy są małe, dlatego mają duży problem ze światłem rozproszonym, które jest powodowane głównie dyfrakcją na tarczkach i przesłonach/aperturach. Nie ma za to problemu z jasną atmosferą ziemską. Dlatego koronografy kosmiczne obserwują tylko wysoką koronę, daleko od tarczy słonecznej. Proba-3 jest „best of both worlds”. Jest olbrzymim, niemal 150-metrowym koronografem w przestrzeni kosmicznej i może obserwować bardzo niską i wysoką koronę jednocześnie – podsumowuje naukowiec.
Polski wkład w misję Proba-3
Ale swój udział w misji mają też polscy inżynierowie. Firma Sener Polska na potrzeby misji PROBA-3 dostarczył dwa rodzaje instrumentów do satelity z koronografem:
- SAHRM czyli Solar Array Hold Down and Release Mechanism – mechanizm podtrzymująco-zwalniający, który zabezpieczy panel słoneczny satelity podczas podróży w kosmos i uwolni go na pożądanej wysokości,
- SADM czyli Solar Array Deployment Mechanism – mechanizm rozkładania panelu słonecznego odpowiedzialny za rozłożenie go po osiągnięciu pożądanej wysokości, aby mógł dostarczać energię do działania koronografu. Jego zadaniem będzie otworzenie panelu słonecznego, a następnie jego utrzymywanie go w pozycji rozłożonej. Dzięki temu podsystemy satelity będą mogły być napędzane energią słoneczną.
Za oprogramowanie umożliwiające lot w precyzyjnej formacji odpowiada GMV Polska, natomiast w Centrum Badań Kosmicznych PAN powstało serce Proby – Coronograph Control Box oraz koło filtrów.
Jednostka sterująca koronografem
– Podstawowym elementem umieszczonym na satelicie będącym w „cieniu” jest teleskop koronografu, czyli przyrządu naukowego do obserwacji i pomiaru zjawisk zachodzących w koronie słonecznej. Laboratorium Konstrukcji Elektronicznych CBK PAN było odpowiedzialne za zaprojektowanie, wykonanie i przetestowanie Jednostki Sterującej Koronografu (ang. Coronagraph Control Box – CCB) – mówi inż. Marek Morawski z CBK PAN.
Podkreśla, że wykonany w Centrum moduł elektroniczny jest przeznaczony do sterowania i kontroli poszczególnych elementów koronografu. Z uwagi na kluczową role jednostki sterującej w procesie pomiarowym wszystkie jej bloki główne zostały zrealizowane w układzie nadmiarowym. To znaczy, że każdy z jego elementów takich jak zasilacz, komputer pokładowy czy zespół interfejsów sterujących został wykonane podwójnie (w układzie nominalny i zapasowy).
Pozwoliło to istotnie zwiększyć niezawodność pracy całego urządzenia, bo w przypadku uszkodzenia części nominalnej istnieje możliwość przełączenia się na część zapasową która w pełni pokrywa zadania tej uszkodzonej.
Koło filtrów
Kierownikiem prac nad kołem filtrów był inż. Jędrzej Baran z Laboratorium Mechatroniki i Robotyki Satelitarnej CBK PAN. – Byliśmy odpowiedzialni za opracowanie i dostarczenie podsystemu koła filtrów. To precyzyjny mechanizm, którego zadaniem jest wyjątkowo dokładne ustawienie jednego z sześciu filtrów w osi optycznej koronografu. Konstrukcja mechanizmu na pierwszy rzut oka przypomina bęben rewolweru, ale jego zaawansowanie technologiczne wykracza daleko poza to porównanie – mówi.
– Realizacja tego zadania była wymagająca z kilku powodów. Po pierwsze, jak to często bywa w projektach kosmicznych, mieliśmy do dyspozycji niezwykle ograniczoną przestrzeń i masę, a mimo to mechanizm musiał być zaprojektowany tak, aby wytrzymać ekstremalne obciążenia, jakim zostanie poddany podczas startu rakiety. Po drugie zaś, koncepcja operacji koronografu wymaga od mechanizmu ciągłych zmian filtrów. Mechanizm musi być zatem zaprojektowany z odpowiednimi marginesami tak, aby przeprowadzić tysiące cykli pracy podczas trwania misji bez degradacji swoich właściwości – mówi Jędrzej Baran.
Misja Proba-3 wystartuje w środę, 4 grudnia o godzinie 11.30 polskiego czasu. Jeśli wszystko pójdzie pomyślnie, rozruch instrumentów powinien trwać kilka tygodni. Być może już na przełomie roku zobaczymy pierwsze zdjęcia korony słonecznej wykonanej przez najdłuższy koronograf świata!
Nasza autorka
Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka
Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Związana z magazynami portali Gazeta.pl oraz Wp.pl. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.