Na konci června by měla odstartovat nová evropská raketa Ariane 6, která se stane páteří evropských raketových nosičů. Modulární nosič umožní vynášet těžké objekty, více kusů družic pro kosmické konstelace, více větších družic i sdílené mise složené z řady malých nákladů. Multifunkčnost této rakety prezentuje i první start, během kterého bude vynesena pestrá plejáda CubeSatů, návratových těles a experimentů, které dodaly komerční firmy, NASA, ESA i univerzity. První start s sebou nese vždy velké riziko, a tak mnoho společností a agentur při prvních misích vynáší hmotnostní makety, které mají ověřit zatížení rakety během letu. Ne tak Ariane 6. Při prvním startu byla nabídnuta kapacita řadě zájemců, kteří připravili vědecky a mnohdy i konstrukčně velmi zajímavá zařízení. A jelikož je tato raketa z části (a to dost významné) vyráběna také v České republice (třeba v Klatovech v závodu společnosti ATC Space), zaslouží si řádnou pozornost. Postupně si proto představíme jednotlivé náklady této historicky první mise.

Rozmístění nákladu při prvním letu Ariane 6
Zdroj: https://www.esa.int/

Vynášený náklad by se dal rozdělit do tří základních kategorií. Těšit se můžeme na CubeSaty a malé družice různých velikostí, které budou vypuštěny podle přesně daného pořadí. Mezi nimi najdeme třeba i slovenský GRBBeta. Vynesena budou také dvě návratová zařízení. Třetí kategorie pak zahrnuje experimenty, které jsou pevně připojené k poslednímu stupni rakety. Ty budou jak inženýrské, určené k sledování celého letu, tak i vědecké. Zapomínat bychom neměli ani na deployery, které zajistí vypuštění CubeSatů a dodání prvotní energie k odletu (pomocí pružinových mechanismů). První zařízení, které si představíme, patří do kategorie nákladů pevně připojených k poslednímu stupni rakety.

YPSat

Výběr nákladu pro první let Ariane 6 definují dvě zásadní věci. Zaprvé to, že jde o první let s velkým rizikem, který tak vylučuje umístění nějakých sofistikovaných a náročných nákladů. Zadruhé je to relativní nedostatek času, kdy se možnost vynést náklad objevila na poměry kosmických projektů docela pozdě. Na palubě tak bude řada originálně řešených a specifických zařízení, které těchto podmínek využívají třeba k tomu, že si mohou osahat, jaké to je postavit a provozovat zařízení určené ke kosmickému letu. Tak jako v případě YPSatu, který dokonale spojuje všechny zmíněné podmínky.

Nosná konstrukce YPSatu
Zdroj: https://www.esa.int/

Ačkoli název YPSat svádí k tomu, že se bude jednat o nějakou malou družici, není tomu tak. Toto zařízení bude po celou dobu letu druhého stupně a to až do okamžiku jeho opětovného vstupu do atmosféry, pevně spojeno s konstrukcí tohoto stupně. Jeho úkoly jsou edukační, inženýrské a archivační. Edukační proto, že zařízení slouží ESA jako zkušební platforma, na které si řada mladých pracovníků agentury vyzkoušela navržení, stavbu a provoz kosmického zařízení. Inženýrské proto, že hlavním úkolem bude sledovat oddělení aerodynamického krytu, vypouštění družic a zánik druhého stupně. A archivační zase proto, že by YPSat měl vyprodukovat mnoho audiovizuálního materiálu z inauguračního letu nosiče. A navíc zde zbylo místo i na vědu! Z mého osobního pohledu se jedná o jeden z nejzajímavějších nákladů tohoto letu.

Jak už název zařízení YPSat (Young Professionals Satellite) lehce napovídá, jedná se o dílo mladých profesionálů, což v tomto případě značí, že se na jejím návrhu a stavbě podíleli noví členové týmu ESA – a to z řady oddělení v rámci celé agentury. Noví členové dostali příležitost si osahat celý proces: Od návrhu zařízení po vypuštění a práci na oběžné dráze. Byla to práce celkem náročná, protože na celou tuto cestu měli relativně krátký čas – zadání dostali v roce 2022. YPSat je tak iniciativa vlastní skupiny mladých profesionálů ESA, kteří se k agentuře připojují na různých pozicích od absolventů stáží po mladé profesionály – nové stále zaměstnance, výzkumné pracovníky, národní stážisty a studenty na stážích. Ti všichni využili na míru šité příležitosti ke vzdělávání a rozvoji, aby se připravili na pozice v ESA, nebo jinde v kosmickém sektoru.

YPSat během pozemních testů
Zdroj: https://www.esa.int/

Hlavní úkol mise bude zachytit zásadní fáze inauguračního letu Ariane 6 – od oddělení aerodynamického krytu až po vypuštění jednotlivých družic. Těšit se můžeme i na sledování Země a vesmíru z oběžné dráhy. To však není vše, co tohle zařízení nabídne. YPSat poskytuje platformu pro „hostitelská užitečná zatížení“. Jedním je třeba OscarQube, který bude využívat inovativní senzory založené na kvantové technologii k měření magnetického pole Země podél trajektorie letu. Testovat se bude také AMSAT – palubní anténa pro rádiovou komunikaci.

A jak by řekl Horst Fuchs – to stále není vše! Kromě dokumentování důležitých fází letu a podpory dalších užitečných zařízení, bude YPSat poskytovat svému týmu, který tvoří asi 45 začínajících odborníků, praktické zkušenosti a vysokou míru odpovědnosti při navrhování, stavbě a testování kosmických technologií. Zástupci tohoto týmu ostatně budou i v řídicím středisku během celé mise. Po startu budou tým YPSatu zaměstnávat zejména dva úkoly: přenášet data YPSatu na Zemi a zajistit, aby se zařízení probudila dříve než při tradičních misích a než všechen zbylý náklad. “Tato příležitost být součástí inauguračního letu Ariane 6 staví YPSat do čela historického okamžiku evropského výzkumu kosmu,“ vysvětluje Tuur Strobbe, projektový manažer YPSatu a absolvent stáže v technologickém centru ESA ESTEC v Nizozemsku.

YPSat v malé vakuové komoře
Zdroj: https://www.esa.int/

Jelikož má být YPSat probuzen dříve než zbylý náklad, vyvinul jeho tým svůj vlastní WakeUp systém, který zajistí včasnou aktivaci. Tento systém využívá celou řadu senzorů k detekci startu nosné rakety a určení, kde v časové ose startu se právě nachází. Jakmile se zařízení dostane na oběžnou dráhu, bude muset brát ohled na rotaci rakety, což zkomplikuje přenos dat. YPSat bude mít jen jeden oblet, jednu šanci na úspěšné získání svých dat, s omezenými komunikačními okny. „Jsem velmi hrdý na mnoho skupin mladých profesionálů, kteří se sešli ze všech pracovišť ESA, aby bylo možné tuto misi uskutečnit,“ říká Lasse Fredagsvik, vedoucí skupiny Young ESA a absolvent stáže v ESTECu.

Po zmíněném jednom obletu Země, aktivuje druhý stupeň opět svůj motor a sníží tak svoji rychlost. To zajistí bezpečný vstup zpět do atmosféry a vyčištění oběžné dráhy od případného dalšího mrtvého tělesa. YPSat bude svědkem i této události – pokud půjde vše dle plánu. „Je to neskutečný pocit, že bude YPSat brzy vypuštěn. Je to vyvrcholení několika měsíců nepřetržité týmové práce v úžasné skupině, které jsem moc ráda, že jsem měla možnost být součástí,“ říká Marilia Matos, koordinátorka pozemní stanice pro tuto misi.

OscarQube

Detailní pohled na krystal zařízení OscarQube
Zdroj: https://www.esa.int/

Pár slov si zaslouží také přístroj, který bude pevnou součástí YPSatu. Jeho funkce je inovativní, složitá a těžko se vysvětluje. Kvantové technologie – další hranice technologického pokroku nejsou jen kvantové počítače nebo šifrování. Kvantové snímací technologie umožňují měření fyzikálních veličin pomocí kvantových vlastností materiálů. Umožňují přesné měření vnějších polí s vysokou citlivostí v širokém frekvenčním spektru. Další vývoj této technologie a široké využití kvantového snímání obohatí kosmické i pozemské aplikace, jako je například navigace, komunikace nebo zdravotnictví, a může vést k novým objevům i při průzkumu kosmického prostoru.

Tým tohoto experimentu tvoří 15 studentů z univerzity v Hasseltu (Belgie), kteří vyvíjí novou generaci senzorů magnetického pole pracujících na kvantových principech. Tento typ senzoru je založen na fotoelektrické detekci magnetické rezonance (PDMR) dusíkově-vakančního (NV) centra (Jádro senzoru tvoří monokrystal diamantu obsahující dusíková vakanční centra – paramagnetické bodové defekty v krystalografické mřížce). Tento defekt v krystalické mřížce diamantu lze využít jako sondu magnetického pole s jedinečnými vlastnostmi, jako je vysoká citlivost, široký dynamický rozsah (fT – mT) a rychlá odezva na změny magnetického pole (<200ns). Vzhledem k tomu, že NV centra jsou v diamantové mřížce umístěna podél čtyř různých orientací, lze senzor použít pro vektorovou magnetometrii. Výsledné zařízení lze použít pro mnoho kosmických i pozemních aplikací.

Ve svém experimentu však OscarQube používá fotoelektrickou metodu čtení spinových stavů, která umožňuje miniaturizaci zařízení, což je výhodné pro kosmické aplikace. Aby bylo možné PDMR provést, jsou na povrchu diamantu vytvořeny elektrody a mikrovlnná anténa. Na diamant mezi elektrodami pak svítí zelené laserové světlo, které indukuje fotoproud a následně se aplikuje rezonanční mikrovlnná frekvence rezonující se spinovými přechody. Pozorováním změn fotoelektrického signálu je tým schopen určit intenzitu a orientaci vnějšího magnetického pole.

Zdroje informací:
https://www.esa.int/
https://www.esa.int/
https://www.esa.int/
https://www.esa.int/

Zdroje obrázků:
https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Images/2020/06/Sample_with_visible_red_glow_of_the_NV_centers
https://www.esa.int/ESA_Multimedia/…which_flew_on_a_stratospheric_balloon
https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Images/2022/12/YPSat_during_mechanical_testing
https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Images/2022/12/YPSat_in_place_on_Ariane_6_payload_adapter
https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Images/2023/08/YPSat_team_members
https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Images/2022/12/YPSat_structure
https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Images/2023/03/YPSat_s_trial_by_vacuum