Všech deset letových kusů segmentů fotovoltaických panelů pro evropskou vědeckou sondu JUICE dorazilo do nizozemského areálu firmy Airbus Defence and Space, kde proběhne jejich společná integrace. Právě fotovoltaické panely, jejichž celková plocha dosahuje 86 metrů čtverečních, budou představovat klíčový díl celé sondy – ta bude díky nim získávat elektrickou energii k provozu dalších systémů včetně vědeckých přístrojů. Samotné segmenty fotovoltaických panelů pro JUICE mají rozměry 2,5 × 3,5 metru a tvoří je uhlíkovým vláknem zesílené desky s šestihrannými „plástvemi“.

Na každém segmentu bychom napočítali 2356 fotovoltaických článků PVA. Dva výsledné fotovoltaické panely budou složeny z pěti segmentů, které budou mít po rozložení tvar kříže. Před startem však budou jednotlivé segmenty složeny, aby nezabíraly mnoho místa. Pro jejich rozložení v kosmickém prostoru je tedy potřeba důmyslný systém. Firma Airbus Defence and Space v nizozemském Leidenu zodpovídá nejen za výrobu panelů, ale i za rozkládací mechanismus. Návrh, výroba a instalace fotovoltaických článků vyžaduje specifické schopnosti a vybavení – k tomuto kroku tedy došlo ve firmě Leonardo v italském městě Nerviano nedaleko Milána.

Vizualizace sondy JUICE. Každý ze dvou fotovoltaických panelů tvoří pět segmentů uspořádaných do tvaru kříže.
Zdroj: http://sci.esa.int

Historie fotovoltaických panelů pro tuto misi je poměrně bohatá – v roce 2019 třeba vznikl kvalifikační model panelu a následně podstoupil sérii zkoušek, které napodobují extrémní prostředí, jakému bude sonda JUICE při své misi čelit. Kvalifikační model měl stejné rozměry jako letový exemplář, pouze na něm bylo menší množství fotovoltaických článků. Naopak měl něco, co letové panely nemají – celou řadu senzorů, které při zkouškách sledovaly jeho chování.

Test neletového kvalifikačního segmentu fotovoltaického panelu sondy JUICE během zkoušek v německém IABG.
Zdroj: https://cdn.sci.esa.int/

Testy proběhly v německém Ottobrunnu v IABG (Industrieanlagen-Betriebsgesellschaft mbH), kde byl testovací panel ochlazen na teplotu -150°C, čelil vakuu a ve stejnou chvíli na něj svítily lampy s podobnou intenzitou, jakou bude mít sluneční záření u Jupiteru. Inženýři přitom měřili tepelné a elektrické vlastnosti panelu, aby mohli ověřit, že návrh splňuje požadované parametry – to znamená, že panel je bezpečný a i z toho mála paprsků u Jupiteru dokáže vygenerovat dostatek energie.

Souběžně s tím se na několika pracovištích po celé Evropě testovaly jednotlivé díly i vzorky materiálů, aby bylo jisté, že panely odolají drsnému radiačnímu prostředí u Jupiteru. Masivní magnetické pole obří plynné planety vytváří radiační pásy kolem Jupiteru. Jsou to struktury podobné pozemským Van Allenovým pásům, jen jsou výrazně silnější. Na rozdíl od elektronické jednotky, která se bude nacházet hluboko v těle sondy, kde bude stíněna speciální konstrukcí potaženou tenkou vrstvou olova, materiály a díly fotovoltaických panelů budou nechráněné a musí tedy odolat místní radiaci v plné síle.

Vzhledem k průběhu mise, se kterým jsou spojeny teplotní extrémy, bylo potřeba v IABG provést dodatečné tepelné zkoušky i s osvětlením segmentu panelu. Po startu bude sonda spoléhat na sérii gravitačních manévrů u Země (tři průlety), Venuše a Marsu, díky kterým získá dostatečnou rychlost, aby mohla doletět k Jupiteru. Právě u Venuše bude sonda zažívat největší ohřívání, jelikož se dostane blízko ke Slunci. Naopak Jupiter obíhá od Slunce 5× dál, než naše Země a teploty tam klesají velmi nízko. A aby toho nebylo málo, tak u Jupiteru čeká na sondu nemálo okamžiků, kdy jí přímý pohled na už tak vzdálené Slunce dočasně zastíní buďto planeta sama, nebo některý z jejích Měsíců. Tím pádem se fotovoltaické panely ochladí ještě více. Abychom si to shrnuli – fotovoltaické panely sondy JUICE musí fungovat po celou dobu mise, při které zažijí teploty v rozmezí od -230 °C do + 110 °C.

K otestování těchto odlišných extrémů, tedy aby bylo možné otestovat segment panelu v životní velikosti jak při nejvyšší tak i nejnižší očekávané teplotě, muselo vzniknout úplně nové testovací zařízení – nese název WRTF (Wide Range Test Facility). Jeho stavbě navíc pomohlo belgické středisko CSL (Centre Spatial de Liège), v jehož největší vakuové komoře se WRTF nachází. Samotné zařízení WRTF vypadá na první pohled jako nezajímavý kvádr. Jedná se však o tepelně izolované zařízení, v jehož útrobách najdeme rozvody kapalného helia, které se používá jako chladicí médium. Premiérové nasazení si WRTF odbyl při testech kvalifikačního modelu fotovoltaického panelu pro JUICE.

Zařízení WRTF (Wide Range Test Facility) při testech segmentů fotovoltaických panelů sondy JUICE.
Zdroj: https://cdn.sci.esa.int/

Před a po těchto zkouškách teplotních cyklů byl kvalifikační exemplář otestován s příslušnou úrovní osvětlení, přičemž bylo možné odhalit i sebemenší zhoršení výkonu způsobené zkouškami teplotních cyklů. Později bylo zařízení WRTF využito i při testech každého z deseti letových exemplářů segmentů. Když se podařilo vyřešit výzvy spojené s technickým návrhem, museli si členové týmu poradit s výzvou logistickou. Panely uložené v kontejnerech o rozměru garáže musely cestovat přes půl Evropy zatímco experti z firmy Leonardo hledali nejlepší způsob, jak nainstalovat a připojit na deset různých segmentů celkem 23 560 fotovoltaických článků v rozumném čase.

První kostry letových segmentů fotovoltaických panelů byly z Nizozemí do Milána dodány v srpnu 2019 a již v září začalo kladení fotovoltaických článků. Výroba a testy probíhaly postupně – v každé várce se řešily vždy dva segmenty, protože WRTF v Belgii zvládne najednou otestovat právě dva exempláře. Díky tomuto přístupu bylo možné, aby se na jednu dvojici segmentů v Itálii instalovaly fotovoltaické články, zatímco jiná dvojice procházela zkouškami v Belgii a další dvojice byla na cestě zpět do Nizozemí.

Letový exemplář segmentu fotovoltaického panelu sondy JUICE.
Zdroj: https://cdn.sci.esa.int/

Když se přesuneme do 11. září 2020, zjistíme, že právě v tento den byly do nizozemské pobočky firmy Airbus Defence and Space doručeny i poslední letové segmenty fotovoltaických panelů – všechny v plné zbroji, tedy osazené články i příslušnou kabeláží. Šlo o významný milník v rámci přípravy mise, který mohl být dosažen jen díky tvrdé práci všech zapojených firem a jejich vzorné spolupráci. Experti dokázali překonat nejen standardní obtíže, ale i nečekané překážky spojené s omezeními kvůli COVID-19.

Teď, když jsou všechny segmenty otestované a pod jednou střechou, může společnost Airbus Defence and Space Netherlands zahájit integraci jednotlivých segmentů do dvou fotovoltaických panelů. Ty budou průběžně testovány (ať už mechanicky či elektricky) a po dokončení se vydají do Francie – konkrétně do Toulouse, kde má Airbus Defence and Space další ze svých středisek. Tento přesun se očekává v první polovině roku 2021 a poté proběhne integrace obou dokončených panelů na tělo sondy.

25. září 2020 už probíhala integrace segmentů jednoho fotovoltaického panelu.
Zdroj: https://cdn.sci.esa.int/

Po připojení přijde řada na další kolečko zkoušek – testovat se bude mechanika panelů i rozkládací sekvence. Inženýři budou zkrátka a dobře ověřovat, zda je vše správně spojeno a že panely budou schopné dodávat elektrickou energii. Jelikož se bude na každé straně sondy rozkládat plocha větší než 40 metrů čtverečních, čeká na inženýry, kteří mají stavbu a zkoušky JUICE na starost, další velká výzva.

Přeloženo z:
https://sci.esa.int/

Zdroje obrázků:
http://www.esa.int/…/exploring_jupiter/17065944-1-eng-GB/Exploring_Jupiter.jpg
http://sci.esa.int/science-e-media/img/cb/JUICE_spacecraft_20170711.jpg
https://cdn.sci.esa.int/…f9992348d7b0?version=1.0&t=1602769995820
https://cdn.sci.esa.int/…5ddbcb26c71b?version=1.0&t=1602770602569
https://cdn.sci.esa.int/…d924222b8049?version=1.0&t=1602769122351
https://cdn.sci.esa.int/…9bd488a90c3b?version=1.0&t=1602771023934