První start nové evropské rakety Ariane 6 je už skoro za rohem a my vám přinášíme další díl seriálu, který nahlíží pod sukni jednotlivých nákladů tohoto prvního letu. Pod aerodynamickým krytem bude mnoho zajímavých malých a šikovných zařízení a my se dnes podíváme na jedno, které má pěkný kosmický vzhled. Z malého CubeSatu vyčuhuje půl metru dlouhá ohebná plastová roura, díky které bude tento CubeSat zvládat nečekaně komplexní úkoly! Pojďte s námi poznat studentský projekt, který vědecky sází hodně vysoko a který v malém obalu skrývá mnoho zajímavostí.

3Cat-4 (vyslovuje se „cube cat four“ a správně se píše ³Cat-4) je družice CubeSat o hmotnosti 1,3 kilogramu určená pro pozorování Země. Zařízení bylo vyvinuto španělskou Universitat Politècnica de Catalunya a vybráno v rámci programu ESA „Fly Your Satellite!“. V rámci zmíněné univerzity se na stavbu CubeSatů specializuje UPC NanoSat Lab, pro kterou to je již čtvrtá družice. Návrh zařízení byl v rámci tohoto programu pečlivě přezkoumán odborníky, kteří týmu mise poskytli podporu při návrhu a následném testování, včetně zajištění testů ve vakuově termální komoře. Jinak byl ale 3Cat-4 téměř celý vyvinut postgraduálními a vysokoškolskými studenty, kteří navrhli, postavili a ověřili převážnou většinu jeho technologických částí, provedli komplexní analýzy a naplánovali a provedli testovací kampaně se specializovaným vybavením. Pro několik studentů je tato mise ústředním bodem jejich studijního plánu nebo diplomové práce. „Primární cíl mise je vzdělávací; vyškolení skupiny studentů v technikách a metodikách spojených s letem do kosmického prostoru a řízení mise a zároveň provádění náročné týmové práce se skutečným pocitem odpovědnosti,“ vysvětluje Alexander Kinnaird, koordinátor inženýrské činnosti ESA pro projekt Fly Your Satellite! „3Cat-4 má však také několik vědeckých a technologických cílů, které, jak doufáme, ukáží velký potenciál CubeSatů, pokud jde o inovativní kosmické technologie, obvykle vyhrazené pro mnohem větší družice.“ Samotný CubeSat přitom bude obíhat na kruhové dráze ve výšce 400 kilometrů nad povrchem se sklonem 51,6° vůči rovníku.

Hlavním nákladem je flexibilní mikrovlnná anténa, která bude provádět všechny vědecké experimenty na palubě. Jedná se o půl metru dlouhé zařízení, které se však vejde do jednoho z technologických panelů 1U CubeSatu a rozvine se až po vypuštění na oběžnou dráhu. Hlavním vědeckým cílem mise bude díky ní měření několika důležitých klimatických veličin. To bude možné pomocí techniky zvané „reflektometrie globálního navigačního družicového systému“ (GNSS-R). GNSS-R funguje tak, že měří odražené signály vyslané z družic globálních navigačních systémů, jako jsou Galileo a GPS, které se odrážejí od zemského povrchu.

Tento pasivní dálkový průzkum měří rozdíl mezi signály přímo přijímanými z navigačních družic na oběžné dráze a signály z týchž družic, které se odrazily od Země. Na základě těchto údajů bude 3Cat4 schopen měřit vlastnosti povrchu, kde došlo k odrazu signálu a zjišťovat několik typů meteorologických dat. Například pomůže určovat topografii pevniny a vegetační pokryv a získávat informace o oceánech, jako je jeho pokrytí ledem a také jaká je tloušťka tohoto ledu, což je na tak malé zařízení opravdu velký úkol.

To ale není zdaleka vše. Vedle schopností dálkového průzkumu Země ponese 3Cat-4 i radiometr pásma L – přístroj, který detekuje záření vyzařované ve frekvenčním pásmu 1-2 GHz. To umožňuje analyzovat vlhkost půdy a slanost oceánů. CubeSat bude rovněž vybaven přijímačem automatického identifikačního systému (AIS), který mu umožní sledovat lodě na jejich mezikontinentálních trasách. Obsahuje také systém detekce a zmírňování radiofrekvenčního rušení, který je důležitý zejména pro mikrovlnná radiometrická pozorování používaná pro měření vlhkosti půdy.

Zásadní ovšem je, že 3Cat-4 bude demonstrovat výkonnost své 0,5metrové pružinové antény, systému NADS (Nadir Antenna and Deployment System). Tato anténa zabere velmi málo místa, což umožní její budoucí začlenění do ještě menších družic typu CubeSat či NanoSat. Jakmile se ocitne na oběžné dráze, pružina se odjistí a anténa vysune. To umožní provádět zásadní pozorování, která jsou obvykle doménou větších misí, a navzdory své přenosné cestovní velikosti poskytne cenné vědecké oko nad Zemí. „3Cat-4 má možnost ukázat schopnosti malých CubeSatů, které mohou poskytovat velké služby pozorování Země, což motivuje nejen zúčastněné studenty, ale i širší komunitu,“ říká Lily Ha, koordinátorka ESA pro univerzitní studentské aktivity. „Ariane 6 je pak ideálním nosičem pro start, který dokonale vyhovuje technickým a programovým požadavkům mise, ale také poskytuje velkou vzdělávací a propagační hodnotu. Jsme velmi rádi, že můžeme podpořit premiéru této nové evropské rakety a být součástí tak historického startu.“

Na projektu pracovalo během několika let hned několik desítek studentů, kteří si vyzkoušeli definování, řízení a následnou stavbu a provoz družice, která má širší vědecké cíle. Tato neocenitelná zkušenost má potenciál pomoci vyslat do světa zkušené odborníky, kteří se budou dále podílet na větších kosmických projektech.

Do této malé krychle o hraně 10 centimetrů se dále vešel anténní systém, který obsahuje 2 antény (rádiové systémy VHF a UHF). Dále komunikační subsystém (COMMS), subsystém řízení polohy a oběžné dráhy (AOCS), Palubní počítač (OBC), který poskytuje družici výpočetní kapacitu pro funkci vnitřní paměti, propojení s ostatními podsystémy avioniky, detekci poruch, řízení palubního času. Dále je na palubě subsystém elektrické energie (EPS), již zmíněné flexibilní mikrovlnné antény (FMPL – 1), ale také subsystém NADS (Nadir Antenna and Deployment Subsystem), který plní dvě funkce: obsahuje L-pásmovou anténu pro snímání FMP a slouží k vysunutí ramene pro generování gravitačního gradientu. A nechybí fotovoltaické panely.

Zdroje informací:
https://www.esa.int/
https://space.skyrocket.de/
https://nanosatlab.upc.edu/
https://nanosatlab.upc.edu/

Zdroje obrázků:
https://www.esa.int/…thermal_vacuum_test_chamber
https://www.esa.int/…inside_the_thermal_vacuum_chamber
https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Images/2019/02/3Cat-4_team
https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Images/2024/05/3Cat-4_exploded_view
https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Images/2024/05/3Cat-4_antenna