Má rozměry srovnatelné s mikrovlnnou troubou a váží jen 25 kilogramů, ale i přesto se mu dostane té cti, být první sondou, která otestuje jedinečnou protáhlou oběžnou dráhu kolem Měsíce. Řeč je o projektu s celým názvem Cislunar Autonomous Positioning System Technology Operations and Navigation Experiment, který se pro pohodlnější komunikaci zkracuje na CAPSTONE. Tento malý průzkumník, který má svým způsobem vyšlapat cestu k lunární stanici Gateway, je součástí amerického programu Artemis. CAPSTONE má za úkol snížit rizika pro budoucí mise. Ověří totiž inovativní navigační technologie a také potvrdí správnost současných dynamických modelů této oběžné dráhy.

Vizualizace CubeSatu CAPSTONE u Měsíce.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Zmíněná oběžné dráha se označuje zkratkou NRHO (near rectilinear halo orbit) a na první pohled si každý všimne toho, jak je protáhlá. Jelikož se na této dráze vhodně doplňují a vyrovnávají gravitační síly Měsíce a Země, nabízí NRHO stabilitu pro dlouhodobé mise (jako je třeba Gateway), které k udržení dráhy využijí pouze minimální energii. Oběžná dráha CubeSatu CAPSTONE i stanice Gateway zároveň představuje ideální místo pro přípravy výprav na Měsíc, ale i dál. V nejnižším bodě se dráha přibližuje k měsíčnímu pólu na 1 600 kilometrů, ale v tom nejvzdálenějším se dostává do vzdálenosti  69 600 km od opačného pólu. Jeden oběh na této dráze trvá sedm dní a další výhodou je skutečnost, že sonda, která z této dráhy letí k povrchu Měsíce (či obráceně) bude potřebovat menší změnu rychlosti, než pokud by se používaly kruhové oběžné dráhy.

Pohonný systém CubeSatu CAPSTONE během testování.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Po tři měsíce dlouhé cestě do svého cíle má CAPSTONE vstoupit na dráhu kolem Měsíce a po dobu nejméně šesti měsíců sbírat data. Ta pomohou expertům lépe porozumět charakteristikám této dráhy. Asi nejdůležitější bude ověření platnosti modelů, které vypočítávají, kolik elektrické energie a jaké změny rychlosti jsou potřebné k udržení této oběžné dráhy. NASA tyto modely vypracovala, aby snížila nejistotu v přípravě. CAPSTONE tuto nejistotu dále sníží. Kromě toho by měl tento CubeSat prověřit spolehlivost inovativní metody mezidružicové navigace, ale i komunikačních možností se Zemí. Dosud nezmíněnou výhodou oběžné dráhy NRHO je také nerušený výhled na Zemi a nebo pokrytí okolí jižního pólu.

Téměř hotový 12U CubeSat CAPSTONE. Pravé části dominuje anténa v pásmu S. Červená struktura slouží pouze k předletové manipulaci.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Na chvilku se ještě zastavme u zmíněné navigační technologie. CAPSTONE je vybaven druhým speciálně vyhrazeným letovým počítačem a komunikačním prvkem, který bude provádět výpočty k určení, kde se CubeSat na své oběžné dráze konkrétně nachází.

Už od roku 2009 krouží kolem Měsíce americká sonda LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter), která CubeSatu CAPSTONE poslouží jakožto referenční bod. CAPSTONE má za tímto účelem komunikovat přímo s LRO a využít data získaná při tomto spojení k výpočtům, jak daleko se nachází od sondy LRO, ale také, jak rychle se tato hodnota v průběhu času mění. Z těchto údajů pak bude možné určit pozici CAPSTONE na oběžné dráze.

Oběžná dráha NRHO
Zdroj: https://www.nasa.gov

Tyto vzájemně přeposlané informace budou použity k vyhodnocení autonomním navigačním softwarem CAPSTONE. Pokud budou výsledky dobré, měl by tento software (označovaný CAPS – Cislunar Autonomous Positioning System) umožnit i budoucím misím určit svou pozici na oběžné dráze, aniž by musely plně spoléhat pouze na sledování ze Země. Tato schopnost by mohla umožnit provádění budoucích technologických demonstrací nezávislých na podpoře ze Země. To ocení nejen tyto sondy, ale i samotné pozemní antény, které budou moci svůj cenný čas věnovat přenosům cenných vědeckých dat namísto rutinního provozního sledování dráhy.

Vizualizace CubeSatu CAPSTONE u Měsíce.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

CAPSTONE by měl odstartovat nejdříve 17. května letošního roku na raketě Electron ze startovního komplexu na Novém Zélandu. Jde o misi s opravdu ambiciozním harmonogramem, která by měla ukázat silné stránky komerčních kosmických firem. Partneři z NASA otestují nejmodernější nástroje pro plánování a provoz misí, což připraví půdu pro malé a cenově dostupnější vesmírné a průzkumné mise na Měsíc, Mars a další místa ve sluneční soustavě. Ve výsledku se tím také výrazně rozšíří možnosti těchto malých kosmických sond.

Úkoly mise:

• Prověřit správnost očekávaných charakteristik dráhy NRHO pro další mise
• Prokázat schopnost dosažení a udržení této dráhy, která představuje velmi účinnou cestu na povrch Měsíce a zpět
• Prokázat schopnost mezidružicové navigace, což umožní budoucím sondám určit svou pozici vůči Měsíci bez závislosti pouze na sledování ze Země
• Položit základy komerční podpory budoucích činností u Měsíce
• Získat zkušenosti se starty malých vyhrazených CubeSatů mimo nízkou oběžnou dráhu Země, k Měsíci a dál

Partneři:

• Advanced Space z Westminsteru, stát Colorado, vyvíjí a provozuje CAPSTONE.
• Tyvak Nano-Satellite Systems, Terran Orbital Corporation z Irvine, stát Kalifornie, staví platformu CubeSatu.
• Stellar Exploration, Inc. ze San Luis Obispo, stát Kalifornie, dodávají pohonný systém pro CAPSTONE.
• Rocket Lab z Long Beach, stát Kalifornie, poskytne startovní služby. Start samotný spravuje Launch Services Program agentury NASA, na který dohlíží Kennedyho středisko na Floridě.
• Program Technologií malých kosmických sond agentury NASA realizovaný na Ředitelství technologií kosmických misí manažersky vede misi CAPSTONE. Program sídlí v Ames Research Center v kalifornském Silicon Valley.
• Program Sytémů pro pokročilý průzkum agentury NASA v rámci Ředitelství pro vývoj průzkumných systémů financuje start a podporuje provoz mise.
• Vývoj systému CAPS je podpořen z programu NASA pro podporu výzkumu inovací v malých podnicích.
• Goddardovo středisko z Greenbeltu, stát Maryland, vede misi LRO.

Animace CubeSatu CAPSTONE u Měsíce.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Přeloženo z:
https://www.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/capstone_03a-19jan22.jpeg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/capstone_05-19jan22.jpeg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/capstone_propulsion_system.png
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/p7270056.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/capstone-orbit-large.gif
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/capstone_02-19jan22_0.jpeg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/capstone-evergreen-2.gif