– Dwa statki kosmiczne tworzące misję ESA Proba-3, będącą testem technologii lotu w precyzyjnej formacji, są już ukończone. Wszystkie instrumenty i czujniki pozwalające im manewrować z dokładnością do milimetrów względem siebie zostały zintegrowane na pokładzie, a same satelity są zabezpieczone wielowarstwową izolacją. Tym samym Proba-3 jest gotowa do testowania w symulowanych warunkach kosmicznych – poinformowała Europejska Agencja Kosmiczna. Satelity przejdą teraz testy środowiskowe, które potrwają cztery miesiące.
Satelity Proba-3 przejdą rygorystyczne testy
– Testy środowiskowe składają się zwykle z trzech części. Testów w komorze termiczno-próżniowej, testów mechanicznych oraz testów kompatybilności elektromagnetycznej, zwanych EMC – mówi dr hab. Piotr Orleański, który brał udział w pracach nad Proba-3 z ramienia Centrum Badań Kosmicznych PAN.
Testy w komorze termiczno-próżniowej zakładają ekspozycję urządzenia na warunki bardzo obniżonego ciśnienia, niemal próżni oraz wystawienie go na działanie zmiennej temperatury. Ta oscyluje od minus 100 stopni Celsjusza do znacznie ponad 100 stopni na plusie. Dodatkowo urządzenie może być oświetlane lampami ksenonowymi, co ma imitować promieniowanie słoneczne.
Misja Proba-3 / ryc. ESA-P. Carril
Testy mechaniczne to głównie badanie odporności na wstrząsy, jakim sonda będzie poddana w trakcie startu rakiety. Natomiast testy EMC mają sprawdzić kompatybilność i pracę podzespołów elektrycznych sondy.
Sztuczne zaćmienie Słońca
Gdy kampania się zakończy, a testy dadzą pozytywne wyniki, misja wejdzie w okres przygotowania do startu. Ten powinien nastąpić w 2024 roku.
– Misje kosmiczne serii „Proba” służą testowaniu innowacyjnych technologii kosmicznych i z założenia są niskobudżetowe. Proba-3 jest czwartą misją tego typu. Jej zadaniem jest wykazanie możliwości wielokrotnego automatycznego tworzenia i utrzymywania bardzo precyzyjnej, tworzonej z milimetrową dokładnością, formacji dwóch sond kosmicznych. Formacja oznacza utrzymanie obydwu satelitów znajdujących się w odległości 144 m precyzyjnie na linii przebiegającej przez środek tarczy Słońca – mówi dr Marek Stęślicki, heliofizyk z Zakładu Fizyki Słońca CBK PAN, zaangażowany naukowo w misję.
Na pokładzie satelitów Proba-3 będą umieszczone dwa przyrządy naukowe. Jeden z nich, koronograf ASPIICS, będzie wykorzystywał precyzyjną konfigurację przestrzenną obu satelitów do nieprzerwanego prowadzenia obserwacji korony słonecznej w warunkach zbliżonych do panujących podczas całkowitego zaćmienia Słońca. Na jednym z satelitów – Coronagraph Spacecraft –zainstalowany zostanie teleskop. Drugi satelita – Occulter Spacecraft – będzie przesłaniał tarczę Słońca przy użyciu dysku sztucznego Księżyca.
– To nowatorskie rozwiązanie pozwoli na obserwację bardzo niskiej korony słonecznej, poczynając od ok. 1,08 promienia Słońca od środka tarczy. Są to warunki zbliżone do naturalnych zaćmień Słońca wywoływanych przez Księżyc. Jednak potrwają znacznie dłużej, bo kilka godzin – mówi dr Stęślicki. Pozwoli to na zrozumienie procesów fizycznych zachodzących w koronie słonecznej, które silnie wpływają na tzw. pogodę kosmiczną.
– Dotychczasowe obserwacje koronograficzne Słońca nie pozwalały zajrzeć do tak niskiej korony. A to właśnie tu zachodzą zjawiska, które przyspieszają materię wyrzucaną przez Słońce w przestrzeń międzyplanetarną – wyjaśnia dr Stęślicki.
W misji Proba-3 biorą udział polskie firmy
Proba-3 jest dziełem całego szeregu europejskich instytutów naukowych i firm. Budowa głównego instrumentu koronografu jest koordynowana przez Centre Spatial de Liège z Belgii. Za budowę obu platform satelitarnych z zintegrowanymi na nich instrumentami odpowiadają SENER Aerospace, Airbus Defence and Space, Qinetiq Space, GMV, Celestia Antwerp BV i Spacebel.
W pracach nad misją brali udział Polacy. A sama Proba-3 jest nierozłącznie związana ze wstąpieniem Polski do Europejskiej Agencji Kosmicznej i rozwojem rodzimego przemysłu kosmicznego. Gdy ponad 10 lat temu staliśmy się członkiem ESA, agencja szukała sposobów na zaktywizowanie podmiotów przemysłowych i pokazanie możliwości współpracy z agencją. Takim sposobem okazała się właśnie Proba-3.
– Proba-3 to dla nas bardzo technologiczny temat. Po raz pierwszy na misję ESA budowaliśmy i integrowaliśmy cały duży komputer wraz z zasilaniem. Mówię o Coronograph Control Box, sercu głównego instrumentu misji. To system zasilania, sterowania, kontroli i monitorowania, ale także zbierania i pokładowej obróbki danych dla wszystkich instrumentów koronografu. Przy jego konstruowaniu współpracowaliśmy z dużą częścią polskiego przemysłu kosmicznego. Pracowaliśmy z Astri Polska, N7 i Creotech Instruments. Firma N7 jest odpowiedzialna za całe oprogramowanie komputera. Do pozostałych firm oddelegowaliśmy części projektu odpowiedzialne za hardware. W CBK PAN budowaliśmy też tzw. koło filtrów koronografu (FWA) – mówi dr hab. Piotr Orleański.
– Urządzenie FWA służy do ustawiania różnych filtrów na drodze, po której biegnie światło słoneczne wewnątrz sondy kosmicznej. Chodzi o to, aby do koronografu trafiły fale o długościach z określonych pasm – mówi dr Tomasz Barciński kierownik Laboratorium Mechatroniki i Robotyki Satelitarnej CBK PAN, które opracowało i wykonało urządzenie FWA.
Jak zbudować mechanizm działający w kosmosie
Wkładanie i wyjmowanie filtrów z toru optycznego wymaga poruszania się elementów urządzenia. Wydaje się to banalnym zadaniem. Jednak w urządzeniu, które ma przetrwać podróż i pracę w przestrzeni kosmicznej, już tak nie jest. Ogromne wibracje w rakiecie, a potem zmienność temperatury – w Słońcu i cieniu Ziemi – oraz próżnia to duże wyzwanie dla mechanizmów.
– Wszystkie ruchome elementy, a w tym wypadku koło wraz z wałem i wirnikiem silnika, muszą być na tyle silnie dociśnięte w łożyskach, aby elementy nie uderzały w siebie w czasie lotu. Jednocześnie na tyle słabo, aby silnik mógł pokonać siły tarcia wywołane tym dociskiem. Wspomniane wcześniej uderzanie przypominałoby stukanie młotkiem setki tysięcy razy ze względu na częstotliwości wibracji i czas lotu. Byłoby to bardzo niepożądane – mówi dr Barciński.
W centrum urządzenia znajduje się sześć „szkiełek” około trzycentymetrowej średnicy i półcentymetrowej grubości. Są to trzy filtry spektralne (kolorowe) oraz trzy polaryzatory, które, zmieniane w odpowiedniej sekwencji, pozawalają na analizę korony słonecznej. To bardzo kruche elementy, które muszą być utrzymywane na kole z bardzo starannie dobraną sztywnością. Chodzi o to, by nie pękły ani nie „stukały”.
– Urządzenie musi pracować poprawnie w szerokim zakresie temperatur – upale i chłodzie kosmicznym. Rozszerzalność termiczna ciał, a więc zmiany geometrii urządzenia powodujące powstanie naprężenia to kolejny problem, z którym musieliśmy się zmierzyć. Dodajmy do tego próżnię, w której następuje zjawisko tzw. spawania na zimno. Jeśli elementy przylegają do siebie, a ich powierzchnie nie są odpowiednio zabezpieczone, to z dużym prawdopodobieństwem i w krótkim czasie nastąpi ich trwałe połączenie, uniemożliwiające ruch – dodaje dr Barciński.
Źródło: ESA.
