Tříosý gyroskop z Česka poletí na letošní evropské misi Proba-3

Tříosý gyroskop z Česka poletí na letošní evropské misi Proba-3

22. února 2024

Tomáš Neužil představuje tříosý MEMS gyroskop společnosti Honeywell z Brna. Foto: Martin Gembec

Revoluční mise Evropské vesmírné agentury (ESA) Proba-3 ponese na své palubě také přístroj vyvinutý v Brně v centrále Honeywell. Měli jsme příležitost se osobně seznámit s vývojáři i samotným inženýrským modelem tříosého MEMS gyroskopu, jehož letový exemplář je již připraven k cestě do kosmu. Velmi přesný gyroskop je nezbytnou součástí této mise, která má ambici vyrobit ve vesmíru umělé zatmění Slunce. Proba-3 totiž bude tvořena dvěma družicemi, které musí letět ve velmi přesné konfiguraci 150 metrů od sebe.

Série misí Proba

Mise Proba-3 je pokračováním zkušebních evropských sond, jejichž hlavním cílem je testovat nové technologie, ale vedle toho umí získávat také vědecká data. Proba-1 je dnes nejdéle fungující družicí Evropské vesmírné agentury (start 2001). Tvarem připomíná hotelovou ledničku (kvádr o rozměrech 60×60×80 cm a 95 kg). Hlavním úkolem bylo otestovat dva přístroje určené k pozorování povrchu Země – hyperspektrální kameru CHRIS (Compact High Resolution Imaging Spectrometer) s 200 úzkopásmovými filtry a rozlišením 17 metrů a monochromatickou kameru HRC (High Resolution Camera) s rozlišením 5 m.

Proba 1. Credit: ESA, https://www.esa.int/

Proba-2 startovala v roce 2009 a je určena k pozorování Slunce. Opět jde o technologickou družici schopnou zároveň sbírat vědecká data. Zajímavostí je, že jeden z přístrojů (DSLP, Dual segmented Langmuir probe), měřících základní parametry plazmatu v okolí družice, byl vyvinut Astronomickým ústavem AV ČR a Ústavem fyziky atmosféry AV ČR.

Proba-2 během termálního testu. Credit:
ESA/Verhaert, https://www.esa.int/

V roce 2013 startovala v rámci této série družice Proba-V. Ovšem V zde zastupuje slovo Vegetation, nikoli římské číslo 5. Tato 140 kg vážící družice tedy byla určena k průzkumu využití zemědělské půdy, rozložení vegetace na povrchu Země, monitorování polí a vlivů na pěstování plodin.

Závěrem přehledu menších technologických misí Proba Evropské vesmírné agentury se ještě můžeme zmínit, že ke startu se kromě revolučního slunečního koronografu Proba-3 chystá ještě mise ALTIUS založená také na platformě předchozích družic Proba. Ta bude zkoumat stratosféru pohledem na záření Slunce pronikající vrstvami atmosféry při okraji Země.

Proba-3

Proba-3 jsou ve skutečnosti dvě družice, které odstartují současně, ale poté se od sebe vzdálí na vzdálenost přibližně 150 metrů. Takto budou létat ve formaci a ve vhodném okamžiku jedna z nich, která je kulatého průřezu, zastíní sluneční kotouč, a to tak přesně, jakoby šlo o skutečné zatmění Slunce Měsícem. Druhá družice obsahuje dalekohled a dohromady tak vytvoří jedinečný koronograf. Přístroj, kterým se zastíní Slunce a sleduje se jeho okolí – sluneční koróna.

Proba 3. Credit: ESA – P. Carril, 2013, https://www.esa.int/

Pozorování koróny je nesmírně obtížné, protože oblasti těsně nad povrchem Slunce nelze pozemskými koronografy zachytit. Jedinou vzácnou příležitostí k zachycení koróny při povrchu Slunce jsou maximálně několik minut dlouhá úplná zatmění Slunce. Nejlepší takové záběry známe doposud díky úchvatným zpracováním profesora Miloslava Druckmüllera, který je shodou okolností také z Brna. Právem mu proto byla v roce 2023 udělena Českou astronomickou společností Nušlova cena za jeho celosvětově uznávaný vědecký přínos matematického zpracování obrazu, díky kterému víme o vnitřní koróně více, než si on sám dokázal v počátcích svého snažení představit.

Mise jako Proba-3 by tedy v budoucnu mohly znamenat revoluci v poznání koróny v oblastech, kam zatím vidíme jen při úplných zatměních. K udržení přesné konfigurace v letové formaci je třeba velmi přesné gyroskopy a aktuátory. Bavíme se zde o přesnosti polohy na milimetr. A právě to je doménou společnosti Honewell, která se dlouhodobě zabývá podobnými technologiemi v aviatice i kosmickém průmyslu.

Čeští inženýři pro misi Proba-3 vyvinuli technologii založenou na mikroelektromechanických systémech (MEMS), která zajistí bezpečnost a funkčnost družice ve složitých situacích v náročném vesmírném prostředí. Je potěšitelné, že i naši inženýři nyní přispěli k tomuto pokroku a mohli se sami zapojit do vývoje náročného přístroje ve smyslu požadavků, které jsou kladeny na hardware misí ESA.

Fotografie letového exempláře gyroskopu vyvinutého v Brně. Foto: Honeywell

Letový exemplář gyroskopu vyvinutého v Brně. Foto: Honeywell

Během prezentace pro média nám Michal Závišek, víceprezident a hlavní manažer Honeywell v Brně vysvětlil hlavní strategii firmy, kde bylo zajímavé vidět, jak firma stále rozvíjí úspěšné technologie nejen v aviatice, kde má na co navazovat. Zmíněny byly například systémy umělého horizontu z Apolla, přesné naváděcí senzory FGS z JWST nebo účast na programu Artemis. Budoucností v letectví je také doprava ve městech, kde se uvažuje o zavádění autonomních letounů a tam se budou zkušenosti s přesným řízením také hodit.

Tomáš Neužil, hlavní šéf technického týmu v Honeywell Aerospace Technologies, představil klíčovou komponentu mise Proba-3, která se postará o přesnou orientaci družic, tříosý MEMS gyroskop, kompletně vyvinutý, postavený a otestovaný v České republice. Foto: Martin Gembec

Tomáš Neužil, který vedl tým inženýrů, nám pak přiblížil, jaká zařízení vyvíjí a co přesně poletí na misi Proba-3. Poté nám ve vývojových dílnách Honeywell představil inženýrský model samotného gyroskopu, který vyvinuli pro ESA, a také další velice zajímavé zařízení, které bude nyní stále žádanější v kosmickém průmyslu. Zařízení pro optická pojítka mezi družicemi a zemským povrchem, nebo mezi družicemi navzájem.

Tříosý MEMS gyroskop pro komerční mise (vlevo) a robustnější verze pro misi Proba-3. Do komerčních přístrojů, kde se neočekává tak dlouhá životnost a spolehlivost, se montují i běžnější komponenty, které se pouze následně testují. Pro misi Proba-3 byl postaven gyroskop podle standardů pro kosmické technologie, tedy z radiačně odolných a i jinak prověřených součástek. Foto: Martin Gembec

Tomáš Neužil předvádí model gyroskopu. Jedná se o poměrně velký a těžký kus hardwaru. Odhadhadem váží téměř jeden kilogram. Foto: Martin Gembec

Ukázka desek plošných spojů elektroniky gyroskopu. Foto: Martin Gembec

Dat produkovaných družicemi je stále víc a je třeba tomu přizpůsobit rychlost přenosu. A právě k tomu se výborně hodí optické spojení pomocí laseru. Nespornou výhodou je také obtížná možnost odposlechu a možnost kvantového šifrování komunikace. V Brně pro tento účel nyní testují zařízení pro mezisatelitní optickou komunikaci s otočnou hlavou a zrcadlem s velmi přesnou optickou plochou odolnou otřesům při letu do kosmu i změnám teplot na oběžné dráze. Než je přístroj vynesen, musí být důkladně testován. Na místě je možné provést například termální testy a také testy vybraných součástí v termální vakuové komoře. Nyní se navíc chystá vylepšení prostor tak, aby mohly být na místě takto testovány celé sestavené přístroje.

Otočné zařízení s pohyblivým rovinným zrcadlem pro optickou mezisatelitní komunikaci. Foto: Honeywell

Rád bych závěrem za redakci poděkoval za možnost prohlídky prostor a prezentaci práce společnosti. Věřím, že článek může být motivací pro mnohé následovníky současných inženýrů, kteří se na vývoji těchto přístrojů podíleli. Kosmických firem máme jen v Brně několik a své uplatnění tam najdou jak zkušení inženýři, tak studenti. Snad bude mise Proba-3 úspěšná i díky českému přístroji a my uvidíme Slunce jako ještě nikdy předtím.