Česká republika se v kosmonautice rozhodně nemá za co stydět. Její akademická pracoviště, ale i soukromé firmy se nezanedbatelným způsobem stále více podílejí i na rozsáhlých kosmických projektech. Jedním z nich je i teleskop PLATO, který připravuje Evropská kosmická agentura ESA. Jeho úkolem bude s pomocí 26 palubních kamer vyhledávat exoplanety a studovat jejich vlastnosti. Modul s vědeckým nákladem by však nemohl své úkoly plnit bez servisního modulu, který se stará o správné fungování všech systémů. Kostru tohoto klíčového prvku celé kosmické observatoře navrhli a postavili experti z firmy SAB Aerospace v Brně.

Umělecká představa teleskopu PLATO v kosmickém prostoru.
Zdroj https://upload.wikimedia.org/

V prosinci roku 2023 jsem měl tu čest navštívit čistou místnost firmy SAB Aerospace a na vlastní oči spatřit největší v České republice postavený hardware určený k letu do kosmického prostoru. Průvodcem mi byli pracovníci firmy, mezi kterými byl i pan Ondřej Genco. Využil jsem tedy této příležitosti a požádal jsem jej o odpovědi na několik otázek, které Vám nyní přinášíme.

Za co vše firma SAB Aerospace v tomto projektu zodpovídá?
Firma SAB Aerospace je zodpovědná za kompletní vývoj, výrobu, integraci (montáž) a testování mechanické struktury Servisního Modulu (SVM) pro vesmírný teleskop PLATO. Vývoj zahrnoval výrobu strukturálního (neletového) a letového modelu. Součástí byl také návrh přípravků potřebných k integraci, manipulaci a přepravě SVM. Primárním zákazníkem je německá společnost OHB, která zodpovídá za dodání celého teleskopu.

Mechanická struktura servisního modulu teleskopu PLATO v čisté místnosti SAB Aerospace v Brně.
Foto: Dušan Majer

Kdy byl tento projekt spuštěn a co se dělo poté?
Vývojová fáze projektu začala pro SAB v létě 2019. V Brně se sešli zástupci OHB a ESA s naším týmem. Předaly se všechny potřebné požadavky na strukturu SVM, definoval se časový rámec projektu a proběhla prohlídka čistých prostor, kde bude probíhat později integrace. Poté již začala práce na předběžném návrhu konstrukce a první strukturální analýzy.

Jaká byla Vaše role v tomto projektu, co jste měl na starosti?
Moje pracovní pozice v SAB Aerospace je konstruktér. Na projektu pracuji od října 2020, kdy byl projekt ve fázi PDR (Preliminary design review). Pozice konstruktéra obnášela především práci v CAD softwaru, později také asistenci při integraci sestavy struktury SVM v čistých prostorách. Na starosti jsem měl design celkové sestavy SVM. To zahrnovalo konstrukční návrh jednotlivých komponent a sestav, tvorbu výkresové dokumentace a následnou komunikaci s dodavateli ohledně technologie a vyrobitelnosti jednotlivých komponent. Velký důraz byl kladen na sledování průběžného vývoje a optimalizaci hmotnosti sestavy. A v neposlední řadě návrh struktury tak, aby se zaručil potřebný přístup při integraci jednotlivých komponent, například při utahování šroubů za použití momentového klíče.
Samozřejmě v některých fázích pracovalo na projektu více konstruktérů a vývoj probíhal v úzké spolupráci s týmem strukturálních analytiků.

Mechanická struktura servisního modulu teleskopu PLATO v čisté místnosti SAB Aerospace v Brně.
Foto: Dušan Majer

Co si mohou čtenáři představit pod vývojem konstrukce?
Při vývoji jsme vycházeli z poskytnutých vstupních podkladů od zákazníka. Jedná se o rozsáhlou dokumentaci s požadavky na to, jak má konstrukce vypadat, co má obsahovat a jaké zatížení má vydržet. Součástí byl i CAD model, kde byly definované základní rozměry sestavy, maximální přípustné obálky komponent a například pozice jednotek, pro které jsme museli navrhnout příslušné držáky a rozhraní. Rovněž jsme obdrželi technické výkresy s předepsanými rozměrovými a geometrickými tolerancemi.
Na nás pak bylo vypracovat detailní design konstrukce. Po dlouhou dobu probíhaly iterace mezi konstruktéry a strukturálními analytiky, než se nalezlo optimální konstrukční řešení. Iterace obnášely analýzy odezvy konstrukce na řádově tisíce různých zátěžových stavů. Vzhledem k tomu, že především kompozitní materiály bylo nutné nejprve otestovat a certifikovat pro let do vesmíru, tak už v počáteční fázi projektu se sháněli výrobci jednotlivých komponent. Paralelně s letovým hardwarem se vypracovával plán integrace a podle toho se navrhovaly neletové přípravky.

Mechanická struktura servisního modulu teleskopu PLATO v čisté místnosti SAB Aerospace v Brně.
Foto: Dušan Majer

Pojďme si nyní popsat konstrukci servisního modulu pro misi PLATO. Z čeho je sestaven?
Jádro nosné konstrukce tvoří Centrální trubka o průměru 1,6 metru vyrobená z uhlíkových vláken. Na spodní straně trubky je připevněn hliníkový prstenec, za který bude celý teleskop přichycen k adaptéru rakety. Kolem trubky jsou situovány CFRP (Carbon Fibre Reinforced Polymer) sendvičové panely. Celkem 31 panelů vytváří vnější tvar struktury SVM, kromě spodní a jedné boční strany, kde jsou zastoupeny čtyřmi hliníkovými panely, které slouží jako radiátory. Konstrukce obsahuje rozhraní pro mechanické uchycení Payload modulu a modulu slunečního štítu se solárními panely. Velké množství držáků v podobě obráběných komponent připevněných na panely nebo na trubku slouží k uchycení jednotek subsystémů. Například se jedná o držáky sledovačů hvězd, nízko-ziskové a vysoko-ziskové antény, reakčních kol, gyroskopu, nádrží na pohonné látky a trysek, elektronických jednotek, prvků tepelné ochrany, kabelových svazků a mnoho dalších.
Rozměry celé sestavy jsou 3,15 × 3,13 metrů výška 1,7 metru. Struktura SVM se skládá z více než 12 000 dílů. K sestavení se použilo zhruba 4000 šroubů a celková hmotnost je pouze 360 kg.

Mechanická struktura servisního modulu teleskopu PLATO v čisté místnosti SAB Aerospace v Brně.
Foto: Dušan Majer

Před letovým modelem vznikl i neletový exemplář. Jaký byl jeho účel?
Strukturální model byl podroben mnoha zátěžovým testům. Naším úkolem bylo provést statický zátěžový test rozhraní pro připojení Payload modulu, Modulu slunečního štítu se solárními panely, zvedacích konzol a palivových nádrží. Cílem testu bylo nejen prokázat, že konstrukce unese potřebné zatížení, ale také že její matematické modely korespondují s naměřenými hodnotami. Letový model byl dost podobný strukturálnímu, doplněn o další potřebné součástky navrhnuté v pozdější fázi vývoje a které neměly vliv na výsledky statického testu.

Mechanická struktura servisního modulu teleskopu PLATO v čisté místnosti SAB Aerospace v Brně.
Foto: Dušan Majer

Podílely se na výrobě dílů pro servisní modul i některé další české firmy?
Na projektu se podílelo více firem z České republiky. Uhlíkové kompozitní panely vyrobila společnost 5M s.r.o.. Na strukturální analýze a testování centrální trubky se podílela společnost OHB Czech space. Neletové přípravky byly vyrobeny společnostmi PRIAM. a Č.V.PROTOTYP. PRIAM rovněž dodal některé obráběné letové komponenty. Statický test strukturálního modelu proběhl ve spolupráci s Leteckým ústavem na fakultě strojní VUT v Brně.

Co bylo pro Vás a Vaše kolegy největší výzvou při realizaci projektu?
Výzev bylo pro nás mnoho po celou dobu konání projektu. Z hlediska návrhu konstrukce se jednalo především o optimalizaci jednotlivých komponent z hlediska funkčnosti a vyrobitelnosti. Výzvou pro strukturální analytiky bylo splnění velkého množství (často protichůdných) požadavků – například vysoké tuhosti a zároveň nízké hmotnosti. Pro kolegy integrátory byla velká výzva splnit přísné požadavky na přesnost umístění šesti skupin děr mezi sebou pro připojení Payload modulu.

Zaměstnanci SAB Aerospace v čisté místnosti u letového exempláře servisního modulu teleskopu PLATO.
Foto: SAB Aerosapce

Předpokládám, že všechny fáze plánování a vývoje probíhaly za dohledu zástupců agentury ESA.
Ano, zástupci ESA byli informováni o průběhu vývoje, sledovali dodržování předepsaných požadavků, časového harmonogramu, dohlíželi na správný postup testování a certifikace materiálů pro jednotlivé komponenty. V průběhu integrace také navštívili několikrát čisté prostory, kde kontrolovali postup integrace, bezpečnostní podmínky při práci a čistotu prostředí.

Mechanická struktura servisního modulu teleskopu PLATO v čisté místnosti SAB Aerospace v Brně.
Foto: SAB Aerosapce

Jaký bude další osud servisního modulu poté, co opustil Brno?
Servisní modul byl z Brna přepraven do Francie, kde bude probíhat integrace všech jednotek. Mezi ně patří například pohonný, navigační a komunikační systém, jednotky pro Payload modul, prvky tepelné ochrany, příslušné elektronické jednotky a kabelové svazky. Tyto operace by měly trvat zhruba jeden rok. Po instalaci bude SVM převezen do Německa, kde dojde ke spojení s Payload modulem obsahujícím kamery a modulem se slunečním štítem a fotovoltaickými panely. Následovat budou vibrační, termo-vakuové a akustické testy kompletní sestavy teleskopu, testování všech subsystémů a předstartovní přípravy. Start teleskopu PLATO je plánován na konec roku 2026.

Jaké další kosmické projekty připravujete v S.A.B. Aerospace?

V současné době probíhají následující projekty:

• SSMS (Small Spacecraft Mission Service): Zabýváme se konstrukcí modulárního nosiče družic pro raketu Vega a Vega C, umožňujícího vynesení až několika desítek družic najednou.
• Rose-L (Radar Observation System for Europe in L-band): Jedna z chystaných družic nové generace v rámci programu Copernicus bude zkoumat především lesní porosty a mořské oblasti. Jsme zodpovědni za návrh nosné konstrukce a systému řízení teploty.
• Biomission: Ve spolupráci s vědeckým týmem vyvíjíme malé experimentální kontejnery a podpůrné jednotky pro vědecké experimenty, které budou probíhat v inkubátoru KUBIK na ISS.
• IOSLAB (In-Orbit Servicing Laboratory): Jedná se o standardizované, opakovatelně použitelné modulární zařízení, které poskytuje laboratorní prostředí pro experimenty na palubě misí Space Rider.
• Separační zařízení: Cílem je vyvinout nízkonákladové mechanické zařízení sloužící k vypouštění menších družic a kompatibilní s SSMS dispenserem.
• PCTC (Plato Camera Transport Container): Dokončujeme speciální kontejnery, které slouží k pozemnímu transportu vědeckých kamer pro teleskop PLATO.
• A6 Sequencer: Vývoj zařízení pro raketu Ariane 6, které řídí postupné odpojení družic.

Děkuji Vám za rozhovor

Při návštěvě čisté místnosti jsem natočil také video, ve kterém pan Václav Stavárek ochotně popsal celý servisní modul teleskopu PLATO.

Zdroje obrázků:
https://en.wikipedia.org/wiki/PLATO_(spacecraft)#/media/File:Plato_2022.jpg