Mnoha vědcům na celém světě vrtá hlavou skutečnost, že hvězdy, planety a další kosmické objekty jsou tvořeny látkou, která tvoří pouhých 5 % vesmíru po součtu hmot a energií. Zbytek připadá na temnou energii a temnou hmotu. Nejsou sice vidět, ale jejich přítomnost se projevuje nepřímo. Alfa magnetický spektrometr AMS-02 (Alpha Magnetic Spectrometer) měl od roku 2011 za úkol hledět do kosmického prostoru a z paluby ISS pátrat po stopách těchto temných složek vesmíru. Původní plán počítal s tím, že bude tři roky zachytávat kosmické záření, což se mu nakonec podařilo. jeho detektory zaznamenaly do této chvíle více než 140 miliard částic, u kterých byl určen jejich typ, hmotnost, rychlost, náboj a směr. Výrazně tak pomohl vědcům přiblížit se k odpovědím na temnou hmotu a vznik vesmíru.

Stovky vědeckých prací po celém světě by nevznikly bez dat z AMS-02. Specialisté z různých států i s jeho pomocí mohou mnohem přesněji složit pomyslnou skládačku toho, jak náš vesmír vznikl a čím je tvořen. „Žádný z výsledků od AMS nebyl očekáván,“ řekl v roce 2018 laureát Nobelovy ceny a hlavní vědecký pracovník AMS Samuel Ting.

Dále oznámil, že výsledky poskytly fyzikům unikátní informace. Možná došlo i k detekci vzácných částic antihmoty, které sem přiletěly ze vzdálených hlubin vesmíru. Ačkoliv stále chybí objevy temné hmoty, tak AMS nasbíral ohromné množství informací o kosmickém záření, jejich zdrojích a způsobem šíření.

AMS-02 není jednoduché zařízení, ale tvoří jej řada systémů, které jsou vystaveny drsným podmínkám kosmického prostoru. Aby mohl pokračovat ve sběru dat, potřebuje nezbytně některá vylepšení. Během dalších měsíců proběhne série výstupů do volného prostoru, které se právě o tento úkol postarají. Start zásobovací lodi Cygnus NG-12 byl pro celý plán klíčový. Na palubě zásobovací lodi totiž jsou poslední části nástrojového vybavení pro tyto výstupy.

Za více než osm let pobytu na stanici se AMS-02 dostal vysoko nad výše zmíněné tři očekávané roky. První stopy stárnutí systémů se začaly projevovat už v roce 2014, tedy po třech letech provozu. V útrobách přístroje bychom našli čtyři nezávislá čerpadla chladicího média, která zajišťují, že křemíkový detektor (jeden z několika detektorů na palubě AMS) bude neustále udržován ve stejné teplotě.

Na oběžné dráze totiž teploty kolísají o několik set stupňů, takže systém řízení teploty detektoru je nezbytný. Data z tohoto detektoru jsou důležitá pro další detektory v AMS, aby bylo možné adekvátně analyzovat získané údaje.

Ačkoliv je k provozu teoreticky potřebné vždy pouze jediné čerpadlo, postupně začaly tyto pumpy selhávat. V březnu 2014 přestalo jedno z čerpadel pracovat a u druhého se zjistilo poškození. V březnu 2017 pozemní specialisté aktivovali poslední plně funkční čerpadlo, aby mohli pokračovat ve výzkumu.

Vědeckému týmu bylo jasné, že pro další sběr cenných informací budou muset něco udělat, jinak přijdou o unikátní data. „Vytvořili jsme skupinu, která začala pracovat na přípravě výstupů do volného prostou za účelem prodloužení životnosti AMS-02. Tato skupina již funguje čtyři roky,“ říká vedoucí skupiny plánování výstupů, Brian Mader.

Jak již bylo uvedeno výše, AMS-02 měl podle původního plánu sloužit tři roky bez jakéhokoliv servisu. Po této době měl být odpojen a jeho mise měla být ukončena. Jelikož se nikdy nepočítalo s opravou či modernizací tohoto přístroje, nejsou na něm žádná stupátka pro nohy či madla pro uchycení, což jsou pomůcky usnadňující astronautům pohyb, aby se mohli dostat k chladicímu systému. Při jeho návrhu se také vůbec nemyslelo na běžné nástroje, které mají astronauti k dispozici při výstupech do volného prostoru. Důvod byl prostý – vzhledem k více než 300 000 datových kanálů byl celý přístroj považován za příliš složitý na to, aby mohl být servisován.

„Když někoho obléknete do velkého skafandru s nafouknutými rukavicemi a omezeným pohybem, tak se podmínky výrazně změní. Musíte vymyslet úplně jiné nástroje a postupy,“ říká Mader. Kromě celkové komplexnosti přístroje, je tu i jedna historická komplikace. Ještě nikdy totiž astronauti na oběžné dráze při výstupu do volného prostoru nemuseli řezat a znovu spojovat potrubí, které je součástí podobného chladicího systému. Vědci a inženýři z celého světa se na řešení těchto výzev chystali poslední čtyři roky, aby naplánovali postupy nadcházejících výstupů do volného prostoru. Nyní jsou všechny postupy, nástroje i hodiny tréninků připraveny na ostré nasazení.

Plán počítá s vytvořením jakéhosi bypassu starého systému řízení teploty. Na bok přístroje se připojí nový a zapojí se do existujícího systému. „Zní to jednoduše, zvlášť když jste na Zemi a kolem sebe máte spoustu různých nástrojů, které potřebujete. Ale v oboru kosmických výstupů je to něco, co tu ještě nebylo,“ říká Tara Jochim, projektová manažerka opravných výstupů přístroje AMS-02.

Práce na přípravě výstupů obnášely výrobu, testování a vynesení více než 20 různých nových nástrojů na stanici. Mnoho z nich je unikátních pro jednotlivé fáze výstupu – například pro odstranění štítu proti kosmické tříští, nebo pro práci na samotných rozvodech chladicího média. Mezi nástroji najdeme instalatérské nářadí k řezání rozvodů, nové násady na šroubovák, ale i prostředky k uchování spojovacího materiálu, který astronauti odeberou z AMS-02.

„Základní koncept odstraňování spojovacích prostředků je v podstatě podobný tomu, který jsme používali při výstupech u Hubbleova teleskopu,“ vzpomíná John Mularski, Vedoucí oddělení letových činností a výstupů do volného prostoru a dodává: „Použijete nástroj, který zasunete pod šroub než ho úplně oddělíte.“ I v případě Hubblea museli astronauti provést sérii výstupů do volného prostoru, aby prodloužili jeho životnost. Řada z těchto činností taky obsahovala inovativní řešení, protože se v jejich případě původně také nepočítalo s podobnými pracemi na oběžné dráze.

Všechny nástroje se v průběhu několika let postupnými úpravami měnily podle potřeb zjištěných při zkouškách vědci, inženýry i samotnými astronauty. Mimořádná vynalézavost byla potřebná hlavně při vývoji nových a bezchybných nástrojů s velmi specifickými požadavky. K tomu, aby se vyvinuly nástroje, které již dnes jsou na oběžné dráze, byla potřeba opakovaná kolečka návrhů, prototypů, experimentů a jejich vyhodnocení.

Na všechny výstupy spojené s AMS-02 se vydají pouze dva astronauti – Ital Luca Parmitano a Američan Andrew Morgan. Ještě během pobytu na zemi si oba muži všechny postupy důkladně nacvičili při mnoha zkouškách v obřím bazénu NBL (Neutral Buoyancy Lab) na Johnsonově středisku v texaském Houstonu. Během pozemních příprav ale přidalo pomocnou ruku i několik dalších astronautů. Jejich úkolem bylo například testovat nářadí pro tyto unikátní výstupy. Američan Chris Cassidy a jeho kanadský kolega Jeremy Hansen byli v tomto směru nejaktivnější. Nové nářadí testovali nejen ve zmíněném bazénu NBL, ale i v zařízení ARGOS (Active Response Gravity Offload System), které bez nutnosti vody simuluje na Zemi prostředí snížené přitažlivosti.

Samuel Ting a další výzkumníci, kteří používají data z AMS-02, doufají, že tyto náročné výstupy umožní tomuto mimořádnému přístroji fungovat ještě mnoho let a sbírat unikátní data. „Měřit tohle kosmické záření na nízkých energiích umí mnoho přístrojů. AMS-02 ale nabízí i měření mnohem vyšších úrovní energie a navíc s bezkonkurenční přesností,“ říká Ken Bollweg, projektový manažer AMS-02 a dodává: „Aby se přesnost ještě zlepšila, je potřeba sbírat data po delší dobu.“

Prodloužení životnosti AMS-02 také umožní vědcům získat kompletnější pohled na kosmické záření díky sběru dat během kompletního slunečního cyklu. Tento zhruba jedenáct let dlouhý periodicky se opakující jev obnáší změny v magnetickém poli Slunce a výsledkem je, že naše hvězda vyzařuje různé úrovně záření. Sběr informací z celé délky cyklu by vědcům mělo přinést cenné informace pro budoucí výpravy, při kterých se astronauti vydají až k Marsu.

Projekt AMS-02 je společným programem NASA a Vědeckého úřadu při Ministerstvu energetiky. Hlavním vědeckým pracovníkem je již zmíněný Samuel Ting, laureát Nobelovy ceny z Massachusetts Institute of Technology. Celý tým specialistů kolem přístroje AMS-02 tvoří zhruba 600 fyziků z 56 institucí v 16 zemích světa – od Evropy přes Severní Ameriku až po Asii. Výrobu AMS-02 zajišťovala evropská organizace CERN nedaleko švýcarské Ženevy.

Aby toho nebylo málo, tak kromě modernizace důležitého technologického vybavení, byl proces vytváření nástrojů a postupů pro výstupy přípravou jednotlivých týmů na výzvy, které na agentury čekají, až se lidé vrátí na Měsíc a jednou zamíří k Marsu. „Tento typ schopností se využije i na jiných tělesech,“ přiznává Jochim a dodává: „Řezání trubičky z nerezové oceli a následné spojení nových trubiček tepelného systému při výstupu do volného prostoru nějakým uživatelsky přívětivým mechanismem, který jsme vyvinuli, aby byl za všech okolností bezpečný pro posádku, jsou přesně ty typy činností, které pomohou vytvořit procesy pro budoucí výstupy do volného prostoru.“

Přeloženo z:
https://www.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
https://ams.nasa.gov/images/Content%20Images/AMS%20Image%20on%20black.png
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/jsc2013e033574.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/iss028e016131.jpg
https://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/experiments/AMS-025.jpg
https://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/experiments/iss042e341868.jpg
http://dpnc.unige.ch/ams/ams_beta/Gallery/ams02/nim_02001.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/alt4_jsc2019e032018.png
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/jsc2017e102595.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/jsc2019e042011.jpg
https://www.nasaspaceflight.com/wp-content/uploads/2019/08/NSF-2019-08-29-18-06-13-149.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/jsc2017e103054.jpg
https://upload.wikimedia.org/…/800px-AMS-02_clean_room_feb2009.jpg
https://upload.wikimedia.org/…/ISS-50_EVA-1_%28b%29_Alpha_Magnetic_Spectrometer.jpg