Emil Atz, doktorand strojního inženýrství na Bostonské univerzitě říká, že když se pustíte do stavby družice o velikosti krabice od bot, naučíte se o ní prakticky vše. Postupně získáte zkušenosti, jak napsat žádosti o její financování, později přijdou zkušenosti, kam dát šrouby, aby to drželo pohromadě a poté se naučíte, jak otestovat každý přístroj, aby bylo jisté, že bude fungovat správně. A nakonec se budete muset naučit, jak se se svým výtvorem rozloučit. „Je to děsivá představa. Čtyři roky věnujete svůj veškerý čas práci na zařízení, které pak uložíte do vypouštěcího zařízení rakety a už nikdy ho neuvidíte,“ říká Atz a dodává: „Nechtěl za ním zavřít dvířka.“

Leden 2020 – Emil Atz a Kenneth M Simms instalují kabeláž do CubeSatu CuPID.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

V září má z Vandenbergovy základny v Kalifornii odstartovat raketa Atlas V s družicí Landsat 9, což je společný projekt mezi NASA a Geologickou službou USA. Kromě hlavního nákladu však raketa ponese také čtyři CubeSaty, malé družice standardizovaných rozměrů, které se skvěle hodí na kosmické výzkumné projekty. Ve srovnání s tradičními družicemi je vynesení CubeSatů levnější. Podobně, jako když se parta kamarádů podělí o platbu taxíku, mohou si malé CubeSaty mezi sebe rozdělit náklady za sdílený start rakety, čímž se sníží cena, kterou majitel družice zaplatí za její vynesení.

Jedním z CubeSatů, které poletí s družicí Landsat 9, je CuPID (Cusp Plasma Imaging Detector). Je sice velký asi jako bochník chleba (6U CubeSat) a váží asi jako polovina melounu, ale CuPID se i přes malé rozměry nebojí velkých cílů. Tenhle CubeSat má totiž obíhat Zemi ve výšce 550 kilometrů, odkud bude snímkovat hranici, kde zemské magnetické pole interaguje s vlivem Slunce. Emil Atz je součástí týmu spolupracovníků z Goddardova střediska v marylandském Greenbeltu, Boston University, Drexel University, Johns Hopkins University, Merrimack College, Aerospace Corporation a University of Alaska ve Fairbanks, jejichž spolupráce umožnila vznik projektu CuPID.

Michael Collier, David Sibeck a Scott Porter u první širokoúhlé rentgenové kamery.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Magnetosféru, tedy ochrannou bublinu obklopující naši planetu, vytváří zemské magnetické pole. „Po většinu času jsme velmi dobře chráněni před sluneční činností, při které k naší planetě míří energie a částice ze Slunce,“ vysvětluje Brian Walsh, docent strojního inženýrství na Bostonské univerzitě a hlavní vědecký pracovník projektu CuPID. Jenže pokud je Slunce dostatečně aktivní, může se jeho magnetické pole při procesu magnetického přepojení spojit s tím pozemským. Naše magnetosféra mění svůj tvar, produkty sluneční činnosti míří k nám a mohou ohrozit družice či astronauty, kteří jim budou stát v cestě. „V rámci programu CuPID chceme zjistit, jak vypadá hranice zemského magnetického pole a porozumět tomu, jak a proč se do ní občas dostává energie.“

Některé vědecké mise (jako například americké družice MMS) prolétávají přes oblasti magnetického přepojení a mohou je studovat na mikroúrovni. CuPID ale naopak cílí na makroúroveň. S použitím kamery citlivé na měkké rentgenové záření se širokým zorným polem, bude CuPID pozorovat nízkoenergetické (též zvané měkké) rentgenové záření, které vzniká, pokud částice ze Slunce narazí do zemské atmosféry. Stavba této kamery nebyla jednoduchá. Rentgenové paprsky se totiž neohýbají tak snadno jako paprsky viditelného světla, takže se mnohem hůře zaostřují. Všechno navíc komplikuje snaha o snímání pozemské magnetické hranice při obíhání kolem Země. NASA tuto snahu trefně přirovnává k situaci, kdy sedíte v kině v přední řadě, která je tak blízko plátna, že je těžké postřehnout celý obraz.

Téměř dokončený CubeSat CuPID.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

K tomuto účelu musí být postavena speciálně navržená kamera, která dokáže pořídit i z relativní blízkosti širokoúhlý záběr. Už před 16 lety začal tým vědců, inženýrů, techniků a studentů z Goddardova střediska a základny Wallops ve Virginii pracovat na prototypu. Místo toho, aby jejich návrh ohýbal paprsky, jejich kamera odrážela rentgenové záření do ohniska, ve kterém projdou skrz mřížku hustě uložených kanálů, které jsou uspořádány tak, aby poskytovaly širokoúhlý výhled.

V roce 2012 se Michael R. Collier, který vedl skupinu z Goddardova střediska a jeho kolegové David G. Sibeck a F. Scott Porter dočkali prvního letového testu kamery v kosmickém prostoru na výškové raketě v rámci programu DXL. „Bylo to tak úspěšné, že jsme okamžitě začali pracovat na metodách miniaturizace techniky, aby se vešla do CubeSatu,“ vzpomíná Collier. V roce 2015 pak předchůdce CuPIDu letěl na další výškové raketě. Jen krátce poté byl projekt vybrán agenturou, aby mohla být postavena kompletní družice s příslušnou avionikou. Od té doby na CuPIDu studenti a vědci usilovně pracují.

Hlavní vědekcý pracovník projektu CuPID, Brian Walsh, u dokončeného CubeSatu CuPID v červenci 2021, pouhý den před jeho usazením do vypouštěcího zařízení.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Než experti z California Polytechnic State University v roce 1999 vymysleli CubeSaty, nabývaly družice velikostí aut či dokonce autobusů a jejich vývoj a vynesení stály stovky milionů dolarů, říká Walsh. Tak vysoké náklady vylučovaly možnost přijmout riziko. Pokud by totiž družice využívající nové experimentální nástroje selhala, přišlo by vniveč velké množství vložených financí. „Původním cílem CubeSatů bylo snížení nákladů a umožnění demokratizace kosmického prostoru,“ popisuje Collier. Nižší náklady přitom znamenají více prostoru pro experimentální inovace. „Tyto mise jsou riskantnější, ale mají také vyšší ocenění,“ doplňuje Walsh. Rozvoj malých experimentálních družicových misí vytvořil více příležitostí pro studenty, aby se zapojili do probíhajících vědeckých projektů.

Logo mise CuPID.
Zdroj: https://i1.wp.com/

To se týká i Jacqueline Bachrach, která se sama označuje za kosmické dítě. V prvním ročníku studia strojního inženýrství na Bostonské univerzitě se zapsala do Walshova kurzu Úvod do raketového inženýrství. Brzy poté nastoupila do jeho laboratoře a od té doby se významně podílí na misi CuPID. „Naučila jsem se spoustu důležitých dovedností, které bych mohla možná časem využít v dalších misích,“ řekla Bachrach a dodává: „Všichni lidé zapojení do projektu mají tolik znalostí a jsou ochotni se o ně podělit. Byla to neuvěřitelně cenná zkušenost, zejména pro studenta.“

Tým se již začíná připravovat na informace o záhadách magnetického přepojení, které jim CuPID přinese. Atz říká, že se nemůže dočkat, až se podaří navázat první kontakt s CubeSatem, nebo až začne posílat data. Také na tom se budou podílet studenti. On a Walsh začali školit několik vysokoškolských studentů, včetně Bachrach, aby mohli sledovat stav CubeSatu a interpretovat data z oběžné dráhy. „U velké mise není mnoho příležitostí, jak by se na ní studenti významně podíleli,“ říká Atz a dodává: „U mise CuPID se studenti zapojili téměř na každém kroku.“ Pro mnoho studentů a vědců, kteří se podíleli na více než patnáctiletém vývoji CuPID, však má to nejzajímavější teprve přijít.

Přeloženo z:
https://www.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/v49qefcw.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/ga8gqdqq.jpg
https://www.nasa.gov/…/thumbnails/image/725280main_cuttingedgecvr.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/rcpws6nq.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/ekbntzsq.jpg
https://i1.wp.com/…/wp-content/uploads/2016/01/Cupid_logo.png