Nejdelší chodba na největším středisku Evropské kosmické agentury se proměnila v testovací místo, kde se ověřovaly technologie pro jednu z nejzajímavějších misí, které ESA chystá – Proba-3. Dvě družice, které budou tvořit tuto misi, se srovnají tak, aby jedna vrhala na druhou stín. Druhá družice díky tomu bude moci spatřit vnitřní vrstvy sluneční atmosféry. Jenže takto přesný let ve formaci může být realizován jen s pomocí senzorového systému, který je založen na vizuálním kontaktu. Jen tehdy se může jedna družice aktivně zaměřit na druhou. Dvojice sond v rámci mise Proba-3 poletí ve vzdálenosti 144 metrů, což umožní pozorovat korónu. Kromě toho se ale počítá s manévry pro změnu formace, které mohou změnit vzájemnou vzdálenost až na 25, či naopak na 250 metrů.

Testy zmíněného systému senzorů, který je pro tuto misi nezbytný, proběhly v technologickém středisku ESTEC u nizozemského Noordwijku, konkrétně ve zdejším 230 metrů dlouhém hlavním koridoru, který spojuje projekční kanceláře s technickými laboratořemi a zázemím střediska testování družic. Z koridoru byly vyklizeny exponáty a světla byla ztlumena, aby testovací verze kamer mohla sledovat simulátor druhé družice vybavený LED displeji na opačném konci chodby. „Systém vizuálních senzorů je primárním způsobem, aby obě družice zaujaly formaci a při každém oběhu ji opět obnovily,“ vysvětluje Damien Galano, projektový manažer mise Proba-3 a dodává: „Celé je to navrženo tak, aby se dvojice navzájem našla a určila svou vzájemnou pozici s přesností na pár milimetrů při vzdálenostech 20 – 250 metrů. Díky tomu pak bude moci družice autonomně provést manévr k dosažení formace. Proto ke zkouškám potřebujeme dlouhý prostor. Vnitřní prostor (jako třeba tento) je mnohem lépe kontrolovatelný než vnější prostor, kde by náš systém rušil vítr a další vlivy.“

Mise Proba-3 má startovat v roce 2023 a obsahuje dvě družice o velikosti zhruba jednoho metru a jedna z nich bude fungovat jako stínítko (anglicky se označuje Occulter). Družice se srovnají tak, aby Stínítko zablokovalo jasný sluneční disk z pohledu druhé družice – koronografu. Vědci tak získají možnost studovat dlouhodobě vnitřní vrstvy slabé sluneční atmosféry – koróny. Tyto vrstvy jsou běžně skryté intenzivním slunečním svitem a můžeme je spatřit pouze na krátkou dobu během zatmění Slunce. „Obě družice budou na protáhlé, tedy silně eliptické dráze s dobou oběhu 19,6 hodiny,“ popisuje Raphael Rougeot, systémový inženýr mise a dodává: „Aktivní let ve formaci na celé této dráze by byl nepraktický. Místo toho budou družice ve formaci po dobu šesti hodin, kdy se budou pohybovat kolem vrcholu dráhy ve výšce 60 000 kilometrů, takzvaného apogea. Na zbytku každého oběhu pak poletí volně, což zajistí bezpečný průběh mise. Jakmile pak proletí spodní částí své oběžné dráhy, tedy perigeem, musí se vůči sobě opět srovnat.“

Sestava kamer bude na družici Stínítko hledět na družici Koronograf, kde budou pulsující LED světla. V každém rohu najdeme jedno a navíc tu bude i malý čtvercový vzor na pravé straně – díky tomu bude možné přesně určit orientaci družic a umožnit bezpečné operace ve vzájemné blízkosti. „Obě kamery se liší potřebným zorným polem. První kamera je širokoúhlá – zorné pole je široké 15° a slouží k nalezení Koronografu. Druhá kamera má užší zorné pole a právě ona umožní nezbytnou přesnost v řádu milimetrů. Další senzor pak umožní synchronizovat pořizování snímků s LED pulsy. Tato velmi přesná synchronizace – na deset miliontin sekundy – je potřebná, protože světlo z LED diod by jinak mohlo být ztraceno ve falešném odrazu Slunce od Koronografu nebo v jasné Zemi na pozadí.  Aby toho nebylo málo, tak kamery budou mít také filtr optimalizovaný pro blízké infračervené záření LED světel,“ popisuje Rougeot.

Zkouška sestavy kamer a LED panelu o ploše metr čtvereční obnášela testy odstupňované po 30 metrech po celé délce chodby a dosavadní analýza slibuje nadějné výsledky. Aby se nasimulovalo rozptýlené sluneční světlo, použila se specifická lampa se správnými spektrálními parametry. Pro tyto testy byly její vlastnosti pečlivě charakterizovány na Optické laboratoři, která je součástí ESTECu. Na tento test navázala zkouška zmenšené verze LED cíle, která byla připojena na pohyblivé robotické paži na kolejnicích ve středisku GRALS (Guidance Navigation and Control Rendezvous, Approach and Landing Simulator) v ESTECu. Tohle 33 metrů dlouhé stanoviště se používá k nácviku činností v těsné blízkosti, setkávání a spojování umělých kosmických objektů.

Jonathan Grzymisch, inženýr Proba-3 zodpovědný za řízení a navigaci vysvětluje: „Robotická paže pohybovala LED cílem předem naprogramovaným způsobem, zatímco ji sledovala kamera. Z ní mohl software přístroje neustále vypočítávat relativní dynamiku trajektorie. To nám umožňuje charakterizovat chování senzoru na základě dynamických zkoušek. Oba testy proběhly úspěšně díky spolupráci se správou ESTECu a příslušnými technologickými sekcemi.“ Samotný systém vizuálních senzorů byl vyvinut na Dánské technické univerzitě. Tým tamních expertů nemohl být na místě kvůli restrikcím spojeným s pandemií Covid-19, ale podíleli se na dálku na přípravě i průběhu testů.

Přeloženo z:
https://www.esa.int/

Zdroje obrázků:
https://www.esa.int/…/Proba-3_satellites_form_artificial_eclipse.jpg
https://www.esa.int/…/23218574-2-eng-GB/Preparing_corridor_test.jpg
https://www.esa.int/…/16898131-1-eng-GB/Proba-3_s_pair_of_satellites.jpg
https://www.esa.int/…/23224728-1-eng-GB/Camera_s_eye_view_of_target.jpg
https://www.esa.int/…/23218662-2-eng-GB/Testing_in_GRALS.jpg
https://www.esa.int/…/2016/07/proba-3/16068600-1-eng-GB/Proba-3.jpg