Nejnovější evropský cubesat se s vakuem oběžné dráhy neseznámí po oddělení z rakety, ale po vypuštění z ISS. Cubesat Qarman bude mít na první pohled jednoduchý úkol – padat. Zatímco jiné družice se ze všech sil snaží zůstat na oběžné dráze a vzdorovat brzdícím účinkům atmosféry Země, Qarman nechá okolní prostředí dělat svou práci. Po několika měsících jej stále hustší vrstvy atmosféry přivedou k neodvratnému konci – vstupu do atmosféry. Zatímco v této fázi pro všechny cubesaty jejich mise končí, pro Qarman jeho hlavní úkol teprve čeká – bude totiž sbírat data o horkém vstupu do atmosféry.

Správně bychom měli název tohoto cubesatu psát velkými písmeny, tedy QARMAN, jelikož se jedná o zkratku QubeSat for Aerothermodynamic Research and Measurements on Ablation, ale běžně se používá i verze s písmeny malými. Tento cubesat se na oběžnou dráhu dostal už 5. prosince loňského roku na palubě zásobovací lodi Dragon, která se následně spojila s Mezinárodní kosmickou stanicí. Posádka pak při vykládání nákladu přenesla na palubu stanice i tuto malou družici. Stejně jako všechny jiné cubesaty se i Quarman skládá ze standardizovaných kvádrů s hranou zhruba deset centimetrů. Tento konkrétní exemplář je tvořen třemi základními bloky, takže na délku měří 30 centimetrů.

Posádka následně tento cubesat usadila do vypouštěcího adaptéru společnosti Nanorack, který se stará o vypouštění cubesatů z útrob ISS do okolního prostoru. V průběhu příštího týdne (počínaje 17. únorem) by měl přijít další velký milník této mise. Americký astronaut Andrew Morgan uloží vypouštěcí adaptér do přechodové komory japonského modulu Kibó a po odčerpání atmosféry přijde ke slovu robotické rameno (Japanese Experimental Module Remote Manipulator System), které adaptér uchopí z vnější strany přechodové komory. Následně se zorientuje do vhodné pozice a Qarman bude uvolněn na svou cestu.

„Od této chvíle to podle našich odhadů zabere zhruba šest měsíců, než vstoupí do atmosféry. Chceme zjistit i to, jak přesně dokážeme předvídat snižování dráhy cubesatu. Tato mise tedy může pomoci i pro studie spojené s kosmickou tříští,“ vysvětluje Olivier Chazot, vedoucí aeronautického a kosmického oddělení Von Kármánova institutu v Belgii. Toto mezinárodně financované středisko se špičkovým zaměřením na dynamiku tekutin, vyvinulo cubesat Qarman společně s odborníky z Evropské kosmické agentury. Abychom byli přesnější, šlo o specialisty z technologického střediska ESA, tedy z nizozemského ESTECu.

Čtveřice výklopných fotovoltaických panelů má nejen dodávat elektrickou energii pro palubní systémy, ale také zvýší odpor malého cubesatu vůči okolnímu prostředí, aby k Zemi klesal rychleji. „Poté, jakmile ve výšce zhruba 90 kilometrů začne proces vstupu do atmosféry, budou tyto panely udržovat cubesat ve stabilní orientaci a minimalizují jeho nekontrolovatelnou rotaci,“ vysvětluje Chazot a dodává: „Pro maximální stabilitu potřebujeme mít těžiště blízko přední části a aerodynamický střed zase v zadní části. Vyklopení těchto panelů posune aerodynamický střed dozadu. To pomůže zajistit, aby teplo mířilo na přední stranu cubesatu s čtvercovým průřezem vyrobenou z korku. Není to stejný materiál, jaký najdete ve špuntech šampaňského. V tomto případě jde o jeho speciální variantu, která plně vyhovuje očekávanému využití. Dodala jej portugalská společnost Amorim a používal se už v mnoha systémech tepelné ochrany.“

Když se korek zahřeje, tak nejprve nabobtná, následně zuhelnatí a teprve poté odpadne, přičemž s sebou odnáší nežádoucí teplo. Právě tento ablativní proces chtějí odborníci z týmu kolem cubesatu Qarman prozkoumat. „Ablace je prověřená a ozkoušená metoda tepelné ochrany, kterou použilo i evropské testovací zařízení IXV,“ připomíná Chazot a dodává: „S pomocí běžných termočlánků, tlakových senzorů a také spektrometru zabudovaného pod korkem v čele cubesatu  prověříme naše klasické chápání tohoto procesu vůči pozorované skutečnosti. Když se podíváme ven malou kamerou, budeme moci měřit spektra toku záření v rázové vlně i stopy emitované hořícím korkem.“

Stabilita zajištěná pomocí fotovoltaických panelů a vpředu umístěného těžiště bude důležitá i pro odesílání naměřených údajů – ty zamíří k družicím komerční sítě Iridium. Dosavadní odhady hovoří o tom, že se data nasbíraná během dvacetiminutového průchodu atmosférou odešlou během tří až pěti minut. V útrobách cubesatu najdeme přístroje a elektroniku potaženou speciální vrstvou uhlíku a keramiky s dodatečnou aerogelovou izolací, aby bylo zajištěno, že tato životně důležitá část cubesatu neshoří. Se záchranou se ale nepočítá – to, co přečká průchod atmosférou, dopadne pravděpodobně do oceánu.

„Zúčastnili jsme se mnoha programů ESA – ať už to byl IXV, chystaný znovupoužitelný Space Rider, nebo rakety Vega-C či Ariane 6,“ jmenuje Chazot a pokračuje: „Ale až doposud jsme se zaměřovali pouze na stránku modelování a experimentálních simulací. Tento druh zkoušek vám ale nemůže prozradit všechno, co byste chtěli vědět. Abychom opravdu prověřili naše výpočty a porozuměli podstatě probíhajících jevů, musíme skutečně do kosmického prostoru. Když jsme viděli program QB-50, tedy mezinárodní síť cubesatů, které provádí vědecký výzkum, napadlo nás tedy navrhnout si vlastní cubesat. Navrhli a postavili jsme celou misi. Nakoupili jsme potřebné díly a s expertízou nám pomohla technická a organizační podpora ESA. Po této misi by mohlo přijít i pokračování. Zajímalo by nás navržení zachranitelné „černé skříňky“, která by přečkala průchod atmosférou.“

Přeloženo z:
https://www.esa.int/

Zdroje obrázků:
http://www.qarman.eu/images/slideshow/qarman_reentry.jpg
https://www.esa.int/…/CubeSat_deployment_from_ISS.jpg
https://www.esa.int/…/Qarman_with_side_panels_deployed.jpg
https://www.esa.int/…/21837979-1-eng-GB/Cork_vs._reentry.jpg
https://www.esa.int/…/Qarman_prepared_for_launch_to_ISS.jpg
https://www.esa.int/…/Plasma_wind_tunnel_testing.png