Kosmonautika XIV - ČR opět zamířila do kosmu

Čeští vědci patřili již od počátků mezinárodní spolupráce v rámci kosmických aktivit k světové špičce. Počátky této spolupráce spadají do období jednoduchých experimentů na prvních družicích programu Interkosmos. V jeho rámci byly vypuštěny tři (sub)družice – 24. října 1978 Magion 1, 28. září 1989 Magion 2 a 18. prosince 1991 Magion 3 – provádějící společně s mateřskou družicí Interkosmos simultánní měření zemské magnetosféry a ionosféry i jiné experimenty. Další (sub)družice Magion 4 (2. srpna 1995) a Magion 5 (29. srpna 1996), které následovaly, již byly součástí mezinárodního projektu Interball.

Obr. 1: Pohled na smontovaný mikroakcelerometr MAC-03 o rozměrech 284,4 x 136,7 x 151,7 mm [1].

Obr. 2: Česká specializovaná družice MIMOSA v laboratoři pražské společnosti Space Devices. Na snímku jsou patrné sluneční panely a zasunovatelné antény [2].

Obr. 3: Družice MIMOSA pracuje na oběžné dráze kolem Země v představách malíře [4].

Obr. 4: Pozemní sledovací stanice Panská Ves, kde se přijímají data z družice MIMOSA a vysílají se odtud povely k jejímu řízení [2].

Naši vědci se však nezaměřovali pouze na výzkum blízkého okolí Země, ale také spolupracovali na řadě důležitých a zajímavých meziplanetárních sond. Mezi ty nejsložitější úkoly patřil vývoj a výroba části vědeckých přístrojů pro družici Fobos 1, která měla zkoumat stejnojmenný měsíc Marsu i planetu samotnou, a výroba inerciálních plošin pro družice Vega 1 a Vega 2 zkoumající Venuši a Halleyovu kometu. Tím však čeští odborníci neskončili. Podíleli se také na mnoha biologických i materiálových experimentech při letech interkosmonautů a při pobytech stálých posádek na ruských orbitálních stanicích Saljut a Mir.

Posledním velkým českým úspěchem je vypuštění družice MIMOSA (MIcroaccelerometric Measurements Of Satellite Acceleration) 30. června 2003. Ta na své palubě nese jediný vědecký přístroj – tříosý kapacitní mikroakcelerometr (přístroj měřící velmi malá zrychlení negravitačního původu a jeho změny).

První úvahy o stavbě mikroakcelerometru sahají až do roku 1985, kdy se rozhodli pracovníci Astronomického ústavu Akademie věd v Ondřejově přístroj vyvinout a sestrojit. Již zpočátku se projekt setkal s velkým technologickým problémem – nikdo v bývalém Československu, ba ani v Sovětském svazu, nebyl schopen vytvořit kuličku o průměru 3 cm s přesností ±0,001 mm. Proto bylo rozhodnuto místo kuličky použít krychličku, která se přece jenom vyrábí snáze. Celý přístroj vážil 5,61 kg a skládal se z elektronického a senzorového bloku.

První letový test mikroakcelerometru se uskutečnil v rámci experimentu ESMAC na ruské družici Resurs–F 15. Ta odstartovala pomocí nosné rakety Sojuz-U 23. června 1992 a její vědecká aparatura, včetně českého mikroakcelerometru, úspěšně přistála 9. července 1992. Další test se uskutečnil na palubě amerického raketoplánu Atlantis (let STS–79) v rámci experimentu MACEK&3DMA. Mikroakcelerometr byl umístěn v přetlakovém vědeckém modulu Spacehab. Raketoplán přistál 26. září 1996 na kosmodromu Cape Canaveral na Floridě. Český přístroj byl po několika dnech z jeho paluby demontován a převezen zpět do Astronomického ústavu Akademie věd ČR. Zde proběhlo zpracování dat zaznamenaných za 8 dnů a 8 hodin práce mikroakcelerometru na palubě raketoplánu Atlantis. Oba zkušební lety dokázaly jeho vysokou funkčnost beztížném stavu. Proto bylo možno přejít k další fázi, k výstavbě vlastní specializované družice MIMOSA, která by nesla zdokonalený mikroakcelerometr MAC–03.

Její vývoj začal v roce 1996 za podpory Grantové agentury České republiky. Vývoje přístrojového vybavení se chopili pracovníci Astronomického ústavu Akademie věd ČR, samotnou družici postavila pražská společnost Space Devices. Start družice proběhl 30. června 2003 v 14:15:12 UT z kosmodromu Pleseck pomocí nosné rakety Rokot s třetím stupněm Breeze–KM.

Tělo družice má tvar dvacetišestistěnu o délce hrany 220 mm, průměr družice je tedy 617 mm. Co nejpřesněji v těžišti družice (po kompenzaci vyvažovacím mechanismem ±0,001 mm) je umístěn mikroakcelerometr MAC–03 o hmotnosti 3,65 kg. Jako senzor slouží krychlička (setrvačná hmota) o hraně 29,6 mm, která je umístěna v krychlové dutince o straně 30 mm. Z důvodu zachování přesných rozměrů, v důsledku změn teploty, jsou obě části vyrobeny ze speciálního křemenného skla, které se vyznačuje velmi malým koeficientem tepelné roztažnosti. Pohyb krychličky snímají tři polohové detektory POLDET, které pracují na principu změny kapacity (pro krajní hodnoty ±2,5 pF s nepřesností ±0,0025 pF). Součástí mikroakcelerometru je blok elektroniky, který obsahuje napájecí zdroj a generátor pomocného napětí, řídící obvody polohy krychličky, převodníky napětí a řídící počítač. Mikroakcelerometr může pracovat ve dvou měřících rozsazích (rozsah I 2x10^-4 ms^-2, rozsah II 5x10^-5 ms^-2) s rozlišovací schopností 2x10^-10 ms^-2.

Telemetrický systém družice MIMOSA vychází z prověřených systémů družic řady Magion a skládá se z povelové linky o rychlosti 240 bps, což odpovídá asi 50 povelům za sekundu. Dále pak z datové linky, po které mohou být data posílána rychlostí 20 nebo až 80 kbps. Zvláštním přístrojem je tzv. „majáček“, jehož úkolem je zpracovávání služebních dat, s jejíž pomocí se určuje poloha družice a řeší se případné havarijní situace. Majáček funguje nepřetržitě po celou dobu činnosti družice, která je plánovaná na 18 měsíců.

O zajištění dostatečného množství elektrické energie se stará celkem 17 slunečních panelů o celkovém počátečním výkonu 24 W (na konci mise se předpokládá degradace výkonu na 13 W). Plocha všech panelů je 0,8228 m2. Sluneční panely vyrobila firma Solartec z Rožnova pod Radhoštěm. Při pobytu družice na noční straně Země dodává potřebnou energii šestice Li–Ion akumulátorů s kapacitou 8 Ah.

Pro zjišťování orientace v prostoru je MIMOSA vybavena 6 slunečními čidly, které slouží k určení směru na Slunce. Přesnost se pohybuje od 0,2° do 1,3°, rozlišovací schopnost je ±0,05°. Stabilizační systém družice pracuje na principu tzv. magnetické stabilizace. Systém může pracovat jak v pasivním, tak i v aktivním režimu. U pasivního režimu jsou všechny tři cívky propojeny nakrátko a sledují magnetické pole Země, to v nich indukuje napětí, kterému odpovídá proud působícím proti rotaci. Při aktivním režimu je do cívek pouštěn proud, který vyvolá magnetické pole. Toto pole může, interakcí s magnetickým polem Země, družici roztáčet nebo její rotaci zpomalovat. K systémům orientace a polohy patří také navigační systém GPS (Global Positioning System).

Veškerá vědecká i služební data přijímá pozemní sladovací stanice v Panské Vsi, která funguje již od dob Magionů. Tato stanice je dostatečně vybavena pro sledování a obsluhu družice MIMOSA. Stanice obsahuje subsystémy pro zajištění datové linky (10 m parabolická anténa), pro zajištění povelové linky, pro příjem majáčku a pro určování polohy družice. První spojení s družicí proběhlo 30. června 2003 v 15:42 UT a bylo potvrzeno, že všechny systémy bezchybně pracují.
Doufejme, že mise nejpřesnějšího mikroakcelerometru na světě přinese očekávané výsledky a pootevře České republice dvířka k velkým projektům světové kosmonautiky.