Proba-3 europejska misja kosmiczna z udziałem Polski
Europejska misja kosmiczna Proba-3 przygotowuje się do zaplanowanego na 4 grudnia startu. W ramach misji satelita z teleskopem na pokładzie będzie orbitował wokół Ziemi oddalony o ok. 150 m od innego satelity, z dokładnością do kilku mm. Taki tandem pozwoli na przetestowanie precyzyjnego sterowania grupami satelitów i umożliwi dokładne badanie Słońca.
Europejska misja kosmiczna – zadania i wyzwania
.Europejska misja kosmiczna Proba-3 stawia sobie za główny cel zbadanie tarczy słonecznej, w tle jednak równie ważne będzie przetestowanie możliwości utrzymywania dwóch satelitów w stałej pozycji. Wyjaśnia to dokładnie dr Tomasz Barciński – kierownik Laboratorium Mechatroniki i Robotyki Satelitarnej w Centrum Badań Kosmicznych PAN, zaangażowany w powstanie misji. – To pierwsza tak precyzyjna konfiguracja. Będzie się składała z dwóch satelitów. Na jednym będzie pracował koronograf – teleskop przeznaczony do obserwacji korony Słońca. Drugi będzie działał jako tzw. okulter – element zakrywający tarczę słoneczną, wytwarzający podobnie jak Księżyc zaćmienie. Każdy kto robił zdjęcia zauważy, jak trudno jest sfotografować scenę, na której znajdują się obok siebie obiekty bardzo jasne i bardzo ciemne – na przykład zrobić selfie ze słońcem za plecami. Tarcza, która jest miliony razy jaśniejsza od korony oślepiłaby detektor koronografu, musimy więc ją zakryć okulterem” – wyjaśnia ekspert.
Dodaje, że oba elementy będą oddalone od siebie o 150 m, z dokładnością kilku milimetrów. Podobnie precyzyjnie będzie utrzymywana orientacja kątowa satelitów – odchylenia nie będą większe niż kilka sekund kątowych (1 sekunda kątowa to 1/3600 stopnia). – Trzeba przy tym przypomnieć, że tandem przez cały czas będzie się znajdował w ruchu, podróżując po eliptycznej orbicie. Tak naprawdę ze względu na odległość między nimi, oba elementy będą się przemieszczały po dwóch różnych, choć zbliżonych orbitach. To oznacza, że będą miały tendencję do oddalania się od siebie, więc ich pozycja i orientacja będą musiały być nieustannie korygowane. Systemy sterujące będą miały niezwykle trudne zadanie” – mówi dr Barciński.
Koronografy były już wysyłane w przestrzeń, np. w misji SOHO. Jednak wcześniej okulter znajdował się w odległości kilku metrów od zamontowanego na tym samym satelicie teleskopu. W przypadku Proba-3 około dziesięciokrotnie większa odległość pozwala uzyskać dużo większą dokładność obrazu korony. „Będziemy w stanie zejść w bardzo głębokie obszary korony, w których jest +katapultowana+ materia wyrzucana ze Słońca w przestrzeń kosmiczną. Ten obszar wcześniej był osiągalny jedynie podczas rzadkich i trwających niemal tylko chwilę całkowitych zaćmień Słońca przez Księżyc. Będziemy obserwowali przestrzeń niemal dotykającą powierzchni Słońca – zaczynającą się na wysokości ośmiu procent jego promienia” – powiedział dr Barciński.
Duża odległość okultera od koronografu ma pozwolić na zmniejszenie problemu psującej obraz dyfrakcji (uginanie się fal). – Natura falowa światła sprawia, że fotony z tarczy słonecznej „przelewają” się poza krawędź tarczy okultera i wpadają do teleskopu. Odsuwając tarczę zmniejszamy intensywność tego zjawiska” – opisał ekspert.
Przyszłość kolejnych misji kosmicznych
.Naukowcy i inżynierowie liczą, że technologia sprawdzana w Proba-3 będzie mogła znaleźć zastosowanie w przyszłych misjach kosmicznych – w każdej misji wymagającej ekstremalnie precyzyjnego, wzajemnego ustawienia dwóch satelitów. „Będą to na przykład programy z tzw. kosmicznymi śmieciarkami, w których robot-manipulator będzie chwytał nieprzydatnego satelitę, aby usunąć go z orbity. Chwytany satelita będzie się prawdopodobnie niemal chaotycznie obracał wokół własnej osi. Robot będzie więc musiał nie tylko zbliżyć się z ogromną precyzją, ale także zacząć krążyć wokół satelity, aby móc go złapać” – wyjaśnił specjalista.
Podobnie będą działały kosmiczne cysterny. „Zbliżone wymagania będzie miało uzupełnianie paliwa na orbicie. Cysterna z paliwem będzie musiała podłączyć odpowiedni przewód do satelity czy innego pojazdu. Tutaj będzie potrzebna podobna precyzja” – dodaje dr Barciński.
Z tego typu technologii będą też korzystały przełomowe badania kosmosu prowadzone z pomocą fal grawitacyjnych. „W planowanej już europejskiej misji LISA (Laser Interferometer Space Antenna) w przestrzeni kosmicznej w odległości aż 2,5 mln km od siebie umieszczone zostaną trzy satelity tworzące trójkąt równoboczny. Będą one wysyłały między sobą laserowe impulsy mówiące satelitom o ich wzajemnym położeniu. Fale grawitacyjne będą to położenie nieznacznie zakłócały. Aby móc te zmiany wykryć, satelity będą musiały utrzymywać swoją pozycję niesłychanie precyzyjnie. Podsumowując, potencjalnych zastosowań podejścia testowanego w misji Proba-3 jest mnóstwo” – podkreśla ekspert CBK PAN.
Europejska misja kosmiczna z udziałem Polski
.Zespół kierowany przez dr. Barcińskiego był zaangażowany w przygotowanie misji Proba-3: odpowiadał za dwie części systemu. „Jednym z przygotowanych przez nas elementów był komputer sterujący koronografem, serce głównego instrumentu misji. Kosmiczne komputery są specyficzne – muszą spełniać szczególne wymagania, ale są do siebie w wielu aspektach podobne. Wykorzystaliśmy więc technologie, które mieliśmy już rozwinięte i dostosowaliśmy je do tej konkretnej misji” – wyjaśnia dr Barciński.
Drugi element był częścią samego teleskopu działającego na satelicie. „Wykonaliśmy też urządzenie zwane kołem zmiany filtrów. Jak wskazuje jego nazwa, to takie koło z filtrami optycznymi ustawianymi przed światłoczułym detektorem. Kręcąc tym kołem, filtry te można wybierać, zależnie od pasma promieniowania, które będzie badane” – tłumaczy dr Barciński.
Jego zdaniem najtrudniejsze było umieszczenie filtrów w kole. – Może się wydawać, że to prosta sprawa, ale tak nie jest. Filtry są zbudowane ze szkła, które musieliśmy zamocować do metalu. Wibracje podczas startu, próżnia kosmiczna, wahania temperatur, konieczność zachowania ekstremalnej czystości instrumentu optycznego – te wyzwania skłoniły nas do opracowania specjalnej technologii montażu. Szklane filtry zamontowaliśmy w sprężystym systemie, tak aby siła, którą jest dociskane szkło była ściśle kontrolowana. Zapobiegając ukruszeniu czy nawet pęknięciu filtru. Kolejna trudność polegała na tym, że był to mechanizm ruchomy, a takich elementów organizatorzy kosmicznych misji zawsze się boją. Jeśli coś się rusza, to potrzebny jest napęd, do tego układ sterowania, układ zasilania, system wykrywania awarii itd.” – tłumaczył specjalista.
Opracowaną technologię prawdopodobnie będzie też można wykorzystać w innych programach. „Ta misja pozwoliła nam pogłębić umiejętności potrzebne w pracy przy projektach Europejskiej Agencji Kosmicznej. Dzięki udziałowi w Proba-3 staliśmy się jeszcze bardziej rozpoznawaną grupą w Europie – jako ta, która poradziła sobie z tym trudnym kosmicznym mechanizmem. Nasz zespół, w tym grupa mechaników, za którą odpowiadam, dał się poznać z bardzo dobrej strony” – wskazał.
Z CBK PAN, które kierowało polską częścią projektu, współpracowały także polskie firmy – Astri Polska, N7 i Creotech Instruments.
Tomasz Barciński specjalizuje się w teorii sterowania i mechatronice. Kieruje zespołami pracującymi nad najważniejszymi misjami kosmicznymi z udziałem Polski, w tym misją Proba-3, budową europejskiego kosmicznego teleskopu rentgenowskiego ATHENA czy sondy Comet Interceptor mającej przechwycić kometę spoza Układu Słonecznego. Pracował też przy projekcie kosmicznej śmieciarki w programie ESA ClearSpace oraz polskiego satelity obserwacyjnego EagleEye.
Start misji Proba-3 Europejskiej Agencji Kosmicznej planowany jest na 4 grudnia.
Misje kosmiczne ważnym elementem gospodarki
.Przygotowywanie i realizowanie misji takich jak Proba-3 pełni nie tylko funkcję naukowo-badawczą, ale również gospodarczą, o czym pisał na łamach „Wszystko co Najważniejsze” prof. Grzegorz WROCHNA – prezes Polskiej Agencji Kosmicznej. „Kosmos jest dziś domeną intensywnej współpracy, a jednocześnie ostrej rywalizacji międzynarodowej. Trzeba więc dostrzec, że nasze zaangażowanie w technologie kosmiczne oprócz zaspokajania naszych narodowych potrzeb i ambicji oraz budowania krajowego potencjału gospodarczego tworzy pozytywny obraz Polski i buduje ważną rolę naszego kraju na arenie międzynarodowej. Produkty i usługi wykorzystujące technologie kosmiczne to dzisiaj rynek szacowany na 350–450 mld euro. Nie ma więc cienia przesady w nazywaniu tego rynku nową gałęzią gospodarki – gospodarką kosmiczną. Zamiast gonić i zawsze pozostawać w tyle, lepiej przeskoczyć do przyszłości, pomijając niektóre etapy, jak to się udało Polsce w bankowości czy technologiach informatycznych.” – pisze prof. Wrochna.
PAP/Marek Matacz/WszystkocoNajważniejsze/ad