V průběhu letošního května a června se podařilo splnit další významný milník ve vývoji evropské sondy Solar Orbiter. Odborníci totiž úspěšně provedli sérii zkoušek, které na letovém exempláři ověřovaly elektromagnetickou kompatibilitu (EMC) a magnetické vlastnosti konstrukce. Poté, co byla sonda vloni odvezena od hlavního výrobce, firmy Airbus Defence and Space, která sídlí v britském Stevenage, prochází v sídle firmy IABG v německém Ottobrunnu nejrůznějšími zkouškami. V našem seriálu jsme se již věnovali testům termálních a mechanických vlastností, ale i zkouškám vyklápění konstrukce. Nejnovějším korálkem na dlouhé šňůrce jsou právě zkoušky EMC a magnetického chování.

EMC zkoušky proběhly v bezodrazové komoře v areálu IABG, ve které byla sonda izolována od externího elektromagnetického rušení. Stěny komory jsou pokryté tisíci špičatými pyramidami, které kompletně pohltí odrazy elektromagnetických vln. Kromě toho dokáží utišit i jakékoliv dozvuky, takže zde vzniká děsivé ticho. Zkoušky samotné proběhly mezi 8. a 22. květnem a jejich úkolem bylo ověřit, že palubní elektronika bude plně elektromagneticky kompatibilní ve všech fázích mise.

Elektromagnetická kompatibilita je pro každou kosmickou misi klíčová. Elektrické a elektronické systémy totiž mohou být zdrojem elektromagnetického záření a přitom na něj mohou citlivě reagovat. Je tedy důležité mít ještě před startem jistotu, že tyto emise z různých palubních zdrojů neovlivňují ostatní systémy.

Jedna část EMC zkoušek byla provedena, aby ověřila, zda elektromagnetické emise z různých částí sondy – především všech palubních radiových antén, nemají negativní vliv na ostatní systémy. V této fázi zkoušek byly v jednu chvíli aktivovány všechny antény – vysoko-, středně- i nízkozisková, které budou sondě zajišťovat odesílání telemetrie i obousměrnou komunikaci a sledovalo se, zda budou všechny ostatní systémy stále fungovat správně.

Inženýři také ověřovali kompatibilitu systémů sondy s citlivým externím vybavením. EMC zkoušky sondy Solar Orbiter prokázaly, že žádné emise ze sondy nebudou při startu ovlivňovat přijímače a transpondéry ani blízké radiové antény během příprav na start a během startu samotného z Mysu Canaveral.

Kromě toho proběhly ještě specifické testy kompatibility, které ověřovaly, zda přístroj RPW (Radio and Plasma Waves) nebude ovlivněn elektromagnetickými emisemi sondy samotné. Přístroj je velmi citlivý na elektrické a magnetické signály, takže je důležité charakterizovat vlastností polí vytvářených samotnou sondou. Při skutečném měření pak budou tyto hodnoty odečteny od údajů, které přístroj naměří, takže výsledkem budou skutečně důvěryhodná data.

V kosmickém prostoru Solar Orbiter vyklopí sedm metrů dlouhé monopólové antény, které jsou součástí přístroje RPW. Jenže testovací komora není nafukovací a takto dlouhé antény se v ní rozložit nedají. Ke zkouškám se tedy použily menší antény, které byly připojeny k sondě místo originálů. Došlo také k instalaci externí antény spojené s přijímačem.

Následující fází EMC zkoušek bylo ověření kompatibility dalšího prvku přístroje RPW, který je označován jako search coil magnetometer (SCM), s magnetickým polem sondy generovaným nízkofrekvenčním střídavým proudem. Letový exemplář Solar Orbiteru ponese SCM zhruba v polovině vědeckého výklopného ramene, ale jeho rozložení v testovací komoře nebylo možné. Ke slovu proto přišla elektricky reprezentativní maketa ramene a kvalifikační model přístroje SCM, který byl připojen k sondě.

Analýza dat nasbíraných při zkouškách ukázala, že naměřené hodnoty splňují požadavky na EMC ve vztahu k interakcím s komunikačními systémy a externím vybavením během startu. Rozbor dat ze zkoušek přístroje RPW přinesl výsledky, které byly ve shodě s dřívějšími očekáváními od testování a analýzy samotného přístroje. Odborníci se ale rozhodli, že pro aktivaci v kosmickém prostoru ještě budou potřebovat další charakteristiky.

Většina sond podstoupí pouze EMC testy, ale sonda, která má v kosmu měřit magnetická pole s vysokou přesností – jako třeba Solar Orbiter, která má svým magnetometrem (MAG) měřit magnetické pole slunečního větru a senzorem SMC v rámci přístroje RPW, vyžaduje dodatečnou sadu zkoušek, které plně charakterizují její magnetické vlastnosti. Podobným dodatečným kolečkem testů si prošly třeba evropské sondy Cluster a Swarm.

Solar Orbiter podstoupil tyto zkoušky ve speciálním komplexu MFSA (magnetic field simulation facility), které se nachází nedaleko prostor IABG v blízkém lese, kde je chráněn před lidmi vytvářenými magnetickými poli. Celé speciální zařízení je postaveno z čistě nemagnetických materiálů jako je dřevo. Navíc disponuje dvanácti 15 metrovými cívkami, které vytváří homogenní magnetické prostředí, které kompenzuje magnetické pole Země, čímž simuluje podmínky v kosmickém prostoru.

Zde probíhaly zkoušky od 18. do 25. června a nejprve se inženýři zaměřili na ověření magnetického chování neaktivní sondy, aby se ujistili, že magnetická pole Solar Orbiteru je dost nízké na to, aby přístroj MAG mohl fungovat ve svém nejcitlivějším rozpětí. Následně testy pokračovaly elektrickým oživováním sondy. Nejprve se sledovaly vlastnosti při průchodu stejnosměrného a později i střídavého proudu.

Poslední testovaný scénář byl velmi důležitý, protože měřil možné změny magnetického pole sondy během specifických operací jako jsou třeba proudy navíc vytvářené motory nebo mobilními prvky jako jsou výměnné optické filtry používané na kamerách pro snímkování Slunce. Analýza dat z magnetických testů ukázala, že všechny požadavky mise byly splněny v limitech testovacího zařízení. Po startu, v mnohem stabilnějším prostředí kosmu budou v aktivační fázi provedena další měření, která doplní tyto pozemní zkoušky, aby byly k dispozici údaje o kompletním magnetickém chování sondy.

Aby Solar Orbiter správně fungoval, jsou EMC a magnetické zkoušky velmi důležité. Nejde přitom jen o výše zmíněné přístroje RPW a MAG. Tyto informace jsou důležité i pro dva palubní částicové detektory – SWA (Solar Wind Plasma Analyser) a EPD (Energetic Particles Detector). V tomto případě je znalost polí v okolí sondy důležitá pro přesné určení dráhy zachycené částice, kterou mohlo zbytkové pole kolem sondy ovlivnit.

Během celého vývoje sondy na všechno dohlížela speciální EMC skupina tvořená zástupci průmyslových firem, ESA i jednotlivých vědeckých týmů. Jejich úkolem bylo kontrolovat všechny procesy a dodržování přísných požadavků na celkový návrh sondy. Když nyní tyto zkoušky skončily, zástupci EMC týmu se shodli, že jsou potěšeni, když vidí, jak se jejich rozhodnutí vyplatila. Sonda si totiž i díky nim mohla odškrtnout další důležitý milník na cestě ke startu.

Přeloženo z:
https://sci.esa.int/

Zdroje obrázků:
http://www.esa.int/…/Solar_Orbiter_in_magnetic_field_simulation_facility.jpg
https://sci.esa.int/documents/34903/35595/ESA_Solar_Orbiter_IABG_EMC-chamber_1280.jpg
https://sci.esa.int/documents/34903/35595/ESA_Solar_Orbiter_IABG_MFSA_41100_A4.jpg/
http://sci.esa.int/science-e-media/img/48/Solar_Orbiter_payload_annotated.jpg
https://sci.esa.int/documents/34903/35595/ESA_Solar_Orbiter_IABG_MFSA_41157_A4.jpg/
https://sci.esa.int/documents/34903/35595/ESA_Solar_Orbiter_IABG_MFSA_41126_A4.jpg