Malý radar pro CubeSat mise Hera

Malý radar pro CubeSat mise Hera

15. srpna 2023

V listopadu loňského roku jsme na našem webu vydali krátký článek o vývoji malého radaru JuRa pro CubeSat Juventas, který poletí se sondou Hera. Měsíce utekly jako voda a je tedy čas podívat se na celý projekt ještě jednou a trochu podrobněji. Nejmenší radar, který kdy letěl do vesmíru, byl totiž doručen do Evropské kosmické agentury, kde jej čeká integrace se zmíněným CubeSatem Juventas. Tento radar má provést první radarová měření planetky. Jeho vlny proniknou pod povrch planetky Dimorhos, jejíž rozměry jsou srovnatelné se slavnou Velkou pyramidou. Tato planetka se proslavila v loňském roce, kdy její oběžnou dráhu záměrně posunula americká sonda DART.

Sonda Hera s sebou k dvojplanetce Didymos vezme i dva CubeSaty – Juventas a Milani.
Zdroj: https://www.esa.int/

„Toto doručení znamená významný milník,“ říká hlavní vědecký pracovník přístroje, Alain Hérique z Institut de Planétologie et d’Astrophysique (IPAG), který je součástí Alpské univerzity ve francouzském Grenoblu a dodává: „Tvrdě jsme v minulých týdnech pracovali na finalizaci radaru, aby byl přepraven na předání. Tím ale naše zapojení ani zdaleka nekončí. IPAG a naši projektoví partneři budou dohlížet na proces integrace, především z hlediska spojení se zbytkem CubeSatu, optimalizace výkonu dokončeného přístroje a také kalibrace parametrů, abychom se ujistili, že vědecká data nasbíraná ve vesmíru interpretujeme nejlépe, jak umíme. Kromě toho ještě budeme pracovat na našich provozních postupech, kdy budeme nanečisto zkoušet, jak provozovat přístroj a to včetně testování hardwaru ve smyčce, kdy budeme radar ovládat prostřednictvím sondy Hera a jejího CubeSatu dole na zemi.“ Hera má na svou misi planetární obrany k dvojplanetce Didymos vyrazit v roce 2024. Kompaktní radar v CubeSatu Juventas bude provádět první radarovou analýzu útrob planetky. Měl by být schopen proniknout až sto metrů pod povrch, přičemž průměr měsíčku Dimorphos činí 160 metrů a hlavní planetka Didymos má průměr 780 metrů.

Testy modelu CubeSatu Juventas v komoře Hertz.
Zdroj: https://www.esa.int/

CubeSaty jsou malé družice složené ze standardizovaných kostek o délce hrany 10 centimetrů. CubeSat Juventas se označuje jako 6U CubeSat, což značí, že je složen ze šesti těchto základních kostek. Rozměry jeho těla tak činí 10 × 20 × 30 centimetrů. Samotný radar JuRa měří 9,5 × 9,5 × 9,5 cm, takže se pohodlně vejde do jedné základní kostky společně se čtveřicí 1,5 metru dlouhých radarových antén, které se rozvinou jako pásmová měřidla. Jejich výrobu obstarala polská společnost Astronika. Za elektroniku přístroje JuRa zodpovídá lucemburská firma EmTroniX, která původně vyvíjela elektroniku pro automobily a poté své služby rozšířila také na návrh a výrobu zařízení pro kosmické mise.

Balení přístroje JuRa.
Zdroj: https://www.esa.int/

„Je příjemné doručit cokoliv našim zákazníkům, ale ještě lepší to bude, až bude vše integrované a otestované,“ uvedl Cedric Lorant, spoluzakladatel a výkonný ředitel EmTroniX a dodal: „Až bude Jura Integrován do zbytku CubeSatu Juventas a proběhnou zbývající ladění včetně re-flashování nejnovějšího firmwaru, pak budeme moci zhodnotit, jak si přístroj vede ve svém provozním prostředí.“ JuRa má během dvouměsíčního očekávaného fungování CubeSatu Juventas provádět měření po dobu nejméně 45 hodin. Malý radar obsahuje mnoho elektronických součástek, mezi kterými najdeme i velmi moderní kusy. Jenže tyto součástky musí projít drsnými radiačními testy, než mohou být předány agentuře ESA, protože mimo oběžnou dráhu Země budou vystaveny nabitým částicím, které snadno poškodí elektroniku.

Návrh přístroje JuRa vytvořili na IPAG ve spolupráci s Oddělením pro radiofrekvenční a fotonické inženýrství na Technické univerzitě v Drážďanech a jeho základy můžeme vystopovat k radaru, který letěl na sondě Rosetta, aby pomohl studovat vnitřní stavbu jádra komety 67P/Čurjumov-Gerasimenko. IPAG kromě toho také pracoval na radarových systémech pro další kosmické mise včetně americké MRO a evropské JUICE. „JuRa je malý, nízkofrekvenční radar pro malá kosmická tělesa – tedy alespoň ve srovnání s většími přístroji, které jsme vytvořili pro planetární objekty,“ doplňuje Alain Hérique a dodává: „Stejně jako v případě Rosetty a 67P máme i zde výhodu, že budeme kolem planetky Dimorphos obíhat relativně pomalu.“

CubeSat Juventas nahlédne s pomocí radaru pod povrch planetky Dimorphos.
Zdroj: https://www.esa.int/

Družice se bude kolem planetky pohybovat rychlostí jen v řádu několika metrů za sekundu. To znamená, že JuRa může kompenzovat svůj relativní nedostatek výkonu opakovaným přenosem stejného signálu, čímž se zlepší výsledný poměr signálu vůči šumu. Tento signál je specificky kódován, aby usnadnil rozklíčování radarových odrazů a využívá softwarově definovaný rádiový digitální signálový procesor společnosti EmTroniX. Plná hloubka penetrace signálu z přístroje JuRa o frekvenci 60 MHz bude záležet na konzistenci planetky Dimorphos. Homogennější interiér umožní hlubší průnik ve srovnání s nesourodou strukturou připomínající hromadu štěrku s velkými balvany nebo naopak prázdnými dutinami. Tým kolem přístroje JuRa také s agenturou ESA i jinými agenturami probírá budoucí možnosti dopravy budoucích exemplářů přístroje JuRa k dalším planetkám. Jednou z možností je třeba průzkum planetky Apophis, která se v roce 2029 na bezpečnou vzdálenost přiblíží k Zemi.