V pátek 23. června zaburácely motory indické rakety PSLV. Tímto okamžikem započala na české poměry zcela ojedinělá mise, která se bez nadsázky řadí šíří svého výzkumu na světovou špičku v dané kategorii. Na vrcholku indické rakety letělo několik desítek družic, mezi kterými byla i česká družice VZLUSAT-1. Nejen, že Česká republika po dlouhých čtrnácti letech měla konečně svoji družici, ale právě vědecké cíle této družice ji zařadily mezi uznávané a přínosné mise světového formátu. Neměla by proto zůstávat ve stínu své slovenské sestřičky SkCUBE a následující článek vám má ukázat, jak velkou vědu dokáže dělat tak malá družice.

VZLUSAT-1 není úplně standardním zástupcem družic, které by vznikaly pouze v rámci výzkumných ústavů nebo univerzit. Družice jako taková byla sice vyvinuta ve Výzkumném a zkušebním leteckém ústavu za finanční podpory Technologické agentury ČR a pracovalo na ní i mnoho dalších ústavu a univerzit, ale tentokrát v tom nebyly sami. Jedinečné je zapojení soukromého sektoru, který poskytl nejen část potřebných financí, ale také obdivuhodnou vědeckou náplň. V České republice se tak podařilo velmi cenné spojení komerčního zájmu s vědeckým výzkumem a navíc ještě na vesmírném poli. Pojďme se ale podívat blíže na družici a vědecké experimenty, které nese.

VZLUSAT je zástupcem takzvaných cubesatů, což je standardizovaná platforma malých družic, které jsou tvořeny krychlemi o hraně 10 centimetrů a váze do 1,33 kg. Jejich stísněný interiér pak nabízí možnost pro realizaci vědeckých experimentů. Česká družice je 2U cubesat, což znamená, že je tvořena dvěma bloky klasického cubesatu a má tedy rozměry 10x10x20 centimetrů. Družice váží dva kilogramy a do malého prostoru družice se vešlo krom komunikační aparatury, počítače a energetického zázemí ještě pár velmi zajímavých přístrojů.

Asi nejzajímavějším vědeckým experimentálním přístrojem je velmi malý rentgenový teleskop. Teleskop je schopný detekovat rentgenové záření v rozsahu 3-60 keV a dokáže tedy pracovat s vyššími energiemi, než kterýkoli jiný obdobně malý rentgenový teleskop, který byl kdy ve vesmíru. Optika teleskopu je založena na širokoúhlém systému typu račí oko tvořeného multifóliovou optikou, která byla vyvinuta společností Rikagu. Výroba podobné optiky je extrémně náročná a vyžaduje skládání mnoha vrstev velmi křehkých částí vzdálených od sebe jen na velmi malé vzdálenosti. Optika pak musí být schopna přečkat velmi nepříjemné podmínky během startu rakety a teplotní rozdíly panující ve vesmíru.

Zachycené rentgenové paprsky pak dopadají na pixelový senzor Timepix s rozlišením 256 x 256 pixelů. Tento pixelový senzor byl vyvinut v rámci mezinárodního konsorcia v Ústavu technické a experimentální fyziky Českého vysokého učení technického v Praze (UTEF ČVUT). Senzor je schopen zaznamenat dopad záření o jednotkách fotonů. Zajímavostí teleskopu je to, že vyžadoval i specifické mechanické vybavení. Pro dostatečnou ohniskovou vzdálenost musel být cubesat vybaven teleskopickým nástavcem, který se po vynesení do vesmíru rozvinul. Toto řešení je pro cubesaty technologicky náročné a jeho úspěšné fungování je hodno uznání.

Dalším velmi zajímavým experimentem je soubor materiálových experimentů. Jedná se o soubor pokovených kompozitních materiálů, které mají ověřit odolnost proti nebezpečnému kosmickému záření a radiaci. Kompozity jsou zvoleny proto, že při výrobě může být zkombinováno několik materiálů, z nichž každý je schopen odstínit požadované záření, nebo má specifické mechanické vlastnosti. Vzniklý kompozit tak kombinuje všechny potřebné vlastnosti v jednom materiálu. Na družici jsou pak tyto kompozity rozmístěny v různých pozicích, ať už přímo vystaveny kosmickému prostoru, uvnitř družice, či různě stíněné. Cílem je změřit jejich schopnosti v různých prostředích.

Cílem je vytvořit materiály, které by kosmickou radiaci co nejlépe odstínily. Výsledný materiál pak může být použit pro stínění počítačů velkých družic, drahých přístrojů, ale tvůrci tohoto materiálu nezůstávají při Zemi. Výsledný produkt experimentů by mohl být použit i pro lety s lidskou posádkou, nebo jako ochrana budoucích stanic na povrchu Měsíce a Marsu. Obzvláště u Marsu bude radiační ochrana vzhledem k současným plánům s kolonizací této planety velmi důležitá.

Tento experiment však nezůstává jen u měření úspěšného stínění radiace daných kompozitů, ale měří také jejich mechanické a tepelné vlastnosti, především pak uvolňování těkavých látek z testovaných kompozitních materiálů, tedy odpařování materiálu ve vakuu. Výsledky pomohou předpovědět vliv uvolněných prvků na okolní přístroje. Tato měření jsou velmi náročná a dokazují vyspělost experimentů na palubě družice.

Posledním velkým experimentem je měření atomárního kyslíku ve vysokých vrstvách atmosféry přístrojem FIPEX. Tento experiment spadá do mezinárodního projektu sítě malých družic QB50. Cílem je měření takzvané termosféry, která obsahuje malé množství aktivního atomárního a molekulárního kyslíku. Termosféra se nachází ve výškách 500 – 700 kilometrů. Když se zmíněný kyslík střetne s pevným objektem, vyvolá chemickou reakci.  To má za následek stárnutí a korodování konstrukčních materiálů sond, které se v této oblasti oběžné dráhy pohybují. Projekt QB50 má tuto oblast zmapovat a určit, kde jsou popsané procesy jak silné. Celý projekt počítá se starty asi čtyřiceti cubesatů, které budou v průběhu let termosféru zkoumat.

VZLUSAT je dále vybavena laserovým koutovým odražečem, který slouží pro přesné měření vzdálenosti pomocí odrazu laserového paprsku. Takové měření však vyžaduje extrémně přesnou laserovou optiku a zaměření místa na satelitu ze Země na milimetry přesně. Takto vyspělá laserová optika se však nachází nejblíže v Německu a koutový odražeč bude využit až v pozdějších fázích letu. Vzhledem k tomu, že koutový odražeč funguje pasivně a nezávisle na ostatních systémech družice, může být použit i ve chvíli, kdy už družice nebude aktivní.

Družice má výklopné panely, které jí dodávají dostatek energie. Má také antény, skrz které komunikuje s plzeňskou pozemní stanicí, která je umístěná na budově Fakulty elektrotechnické. Právě tým z Fakulty elektrotechnické ZČU v Plzni se podílel na vývoji komunikačních prostředků družice. Na webových stránkách plzeňské pozemní stanice pak dokonce můžete sledovat aktuální stav družice, její telemetrii a v době přeletu aktuální přenesená data.

Na závěr bych chtěl poděkovat vedoucímu vědeckého týmu projektu Ing. Vladimíru Dánielovi, Ph.D., který nám zprostředkoval kontakt s plzeňským týmem zajišťujícím komunikaci s družicí. V tomto týmu pak především Doc. Ing. Jiřímu Masopustovi, CSc a jeho kolegovi Ing. Ivo Veřtátovi Ph.D, kteří poskytli všechny podrobné informace. Již nyní vám můžeme slíbit, že o Plzni a tamějších kosmických plánech neslyšíte naposledy. Týmu VZLUSATu pak přejeme hodně naměřených dat a bezproblémový chod jejich výjimečné družice.

Zdroje informací:
https://www.pilsencube.zcu.cz/vzlusat1/
http://vzlusat1.cz/cs/

Zdroje obrázků:
Archiv VZLUSAT1
Archiv FEL ZČU