LaRa není označení žádné dámy, takže fanoušci herní série Tomb Raider mají smůlu. Jde o mimořádně zajímavý vědecký přístroj pro evropsko-ruskou misi ExoMars 2020, takže se naopak mohou radovat fanoušci kosmonautiky. Tento přístroj nedávno prošel zkouškami, při kterých byl vystaven podmínkám, jaké zažije na povrchu Marsu. Nyní na něj čeká přesun do Ruska, kde projde přijímací kontrolou, po které bude následovat jeho integrace do landeru Kozáček. Termín startu se totiž nezadržitelně blíží – za rok touhle dobou už by sestava mohla být na cestě od Země.

LaRa není vůbec velký přístroj – v podstatě jde o krabičku s rozměry 8 × 8 × 20 centimetrů, k čemuž je potřeba připočítat ještě trojici antén. Ačkoliv má tedy rozměry jen o trochu větší než krabice s mlékem, ukrývá v sobě značný potenciál. Má totiž fungovat jako výkonný transpondér, který po přistání naváže stabilní radiofrekvenční spojení mezi Zemí a Marsem po dobu jednoho marsovského roku (dvou let pozemských).

Návrh na tento přístroj pochází z Královské belgické observatoře a samotný přístroj LaRa vznikl s pomocí programu PRODEX. Ten zřizuje Evropská kosmická agentura, aby podpořil vývoj vědeckých přístrojů určených pro práci v kosickém prostoru. Zatím poslední zkoušky přístroje proběhly v technologickém srdci Evropské kosmické agentury, ve středisku ESTEC u nizozemského Noordwijku, konkrétně v laboratoři MSL (Mechanical Systems Laboratory). Tato laboratoř je jakousi zmenšenou verzí hlavního testovacího centra v ESTECu, kde se zkouší již celé sondy a družice. V laboratoři se naopak provádí testy menších zařízení – vědeckých přístrojů, subsystémů či malých družic.

Při vibračních zkouškách na shakeru v MSL čekaly na přístroj vibrace, které se dají očekávat při startu, vstupu do atmosféry, sestupu k povrchu a během přistání, Přístroj LaRa byl následně uložen do termální vakuové komory, kde se téměř dva týdny ověřovala jeho odolnost a fungování při vysokých i nízkých teplotách. Nejprve byl však umístěn do prostředí silného vakua, kde došlo k odsátí všech výparů. Ty by jinak mohly ve vesmíru a při simulaci těchto podmínek způsobovat problémy. Následovalo nastavení tlaku na šest milibarů, přičemž komora byla vyplněna oxidem uhličitým a teplota v pravidelných cyklech kolísala nahoru a dolů.

Samotný box s elektronikou přístroje LaRa bude ohříván topnými tělísky landeru, ale antény budou umístěny mimo prostředí s kontrolovanými podmínkami. Během noci tak mohou čelit teplotám až – 90°C, přes den pak maximálně kolem 10°C. Inovativní návrh antén vznikl díky spolupráci ESA a Université Catholique de Louvain. Po skončení výše popsaných testů mohla být komora otevřena a inženýři vybavení rouškami, plášti a sterilními rukavicemi mohli začít odstraňovat senzory a dráty, které byly na přístroji jen kvůli zkouškám. Jakmile bylo hotovo, mohl být přístroj i s anténami umístěn do sterilních sáčků.

Tak jako každá jiná technika určená pro meziplanetární cestu, je i LaRa pod dozorem odborníků na planetární ochranu, jejichž protokoly mají zabránit mikrobiální kontaminaci. „Z povrchů přístroje se pravidelně dělají stěry pro kontrolu, zda je úroveň biologické kontaminace na přijatelné úrovni,“ popisuje Lieven Thomassen, z firmy Antwerp Space, hlavního dodavatele přístroje LaRa a dodává: „Jeho interiér tvořený čtyřmi deskami plošných spojů již prošel kompletním čištěním. Nyní je kompletně izolován od okolního světa vyjma dvoumilimetrové dírky, která má po dosažení kosmického prostoru zajistit jeho odvětrání a zabránit přetlaku.“

LaRa je jedním ze dvou přístrojů, které ESA umístí na přistávací platformu Kozáček stavěnou v Rusku. Primárním úkolem této platformy je měkce přistát na povrchu Marsu v oblasti Oxia Planum a vysadit tam rover Rosalind Franklin postavený v Evropě. Jenže úloha Kozáčku neskončí ve chvíli, kdy rover sjede na povrch Marsu. Na přistávací platformě vyvinuté v Lavočkinově kanceláři v rámci kontraktu agentury Roskosmos totiž bude celkem 13 přístrojů (včetně českého WAM).

Přístroj LaRa přijme radiový signál v pásmu X vysílaný ze Země a okamžitě jej odešle zpět. Velmi přesným měřením Dopplerova jevu v průběhu času bude možné identifikovat drobné periodické změny pozice přistávací platformy, čímž se otevírá unikátní možnost nahlédnout do nitra Marsu. „LaRa odhalí detaily vnitřní stavby planety a umožní velmi přesná měření její rotace a orientace,“ vysvětluje Véronique Dehant hlavní vědecká pracovnice přístroje z Královské belgické observatoře a dodává: „Bude také detekovat změny momentu hybnosti kvůli redistribuci hmoty – jako jsou třeba sezónní přesuny velkého množství oxidu uhličitého, který v zimě tuhne. V neposlední řadě také LaRa umožní velmi přesně určit místo přistání.“

Pro lepší představu výše popsaných skutečností můžeme použít analogický pokus s roztočeným vajíčkem. Ke zjištění, zda je jeho obsah uvařený či syrový vám stačí jen sledovat, jak se vajíčko otáčí. Ale zpět k přístroji LaRa – pro techniky je výzvou zajistit ultrastabilní přímé rádiové spojení během plánovaných oken, která vychází na dva hodinové úseky během týdne. Ještě větší výzvou pak bude tohle zopakovat v době, kdy bude Mars a Zemi dělit 400 milionů kilometrů.

„Na Zemi budeme používat obří sedmdesátimetrové antény amerického systému Deep Space network, nebo ruský ekvivalent u Kaljazinu či Medvědích jezer. Odsud se budou vysílat signály v pásmu X vstříc k Marsu a také budou naslouchat zachycení zpožděné odpovědi, kterou nám pošle z Marsu LaRa i s podpisem pana Dopplera. To vše musí LaRa zvládnout jen s pěti watty vysílacího výkonu,“ říká Václav Valenta, který se stará o projekt LaRa a dodává: „Ale LaRa na Marsu potřebuje dostatečnou citlivost k detekci signálu, který bude mít v té době jen pár attowattů – trilióntin wattu! Když se Mars a Země přiblíží na minimální vzdálenost 54,6 milionu kilometrů, budou moci s přístrojem LaRa komunikovat i antény evropských pozemních stanic Estrack. Tyto možnosti jsme již súpěšně trénovali během dvou testů radiofrekvenční kompatibility v řídícím středisku ESOC v německém Darmstadtu.“

Vaclav Valenta, ESA engineer taking care of me, close to the @ESA_ExoMars 2020 rover
At #ESAOpenDay pic.twitter.com/M0dzctL1Mc

— LaRa ExoMars (@LaraExoMars) October 7, 2018

Atmosféra Marsu je ale faktorem, který do celého snažení vnáší nejistotu. Na jedné straně umožňují konvekcí odvádět odpadní teplo, ale i když je zhruba stokrát řidší než pozemský vzduch, radiofrekvenční činnosti v ní stále představují riziko „koronálních“ efektů – jinými slovy může docházet k ionizaci okolních plynů, což může vést k nežádoucímu rušení a potenciálně škodlivým výbojům podobným bleskům.

„Abychom tato rizika eliminovali, byla LaRa dříve několikrát vystavena důkladným analýzám a zkouškám v radiofrekvenční laboratoři ve španělské Valencii,“ upřesňuje Václav Valenta a dodává: „Kromě toho podstoupila v ESTECu zkoušky elektromagnetické kompatibility v komoře Maxwell, kde se zjišťovalo, zda budou její jednotlivé systémy dobře fungovat společně. Navíc jsme měli model pro nárazové zkoušky, na kterém se v ESTECu ověřovala odolnost přístroje proti mechanickým nárazům při oddělení přeletového modulu či odhození tepelného štítu.“ Tuto zkoušku si můžete prohlédnout na níže přiloženém videu.

Až budou zkoušky přístroje LaRa v laboratoři MSL hotové, přijde na řadu přesun do metrologické laboratoře Evropské kosmické agentury, kde bude přesně změřena rovnost povrchu. Ta musí být velmi přesná – jen na pár desítek mikrometrů, tedy tisícin milimetru, aby bylo zajištěno optimální usazení a přenos tepla s rozhraním landeru. Díky tomu bude mít LaRa zajištěno, že bude na Marsu pracovat v dobrých podmínkách. Z ESTECu bude zásilka převezena do Kosmického výzkumného institutu Ruské akademie věd, kde podstoupí závěrečné přijímací testy. Z Ruska se pak přístroj vydá do Cannes ve Francii, kde dojde k jeho integraci do přistávací platformy, která pak podstoupí kompletní kolo zkoušek.

Přeloženo z:
https://www.esa.int/

Zdroje obrázků:
http://www.esa.int/…/LaRa_transponder_with_its_three_antennas_inside_chamber.jpg
https://pbs.twimg.com/media/DXSnWgmW4AAbr3j.jpg
https://assets.aversio.com/resources/resellers/2/154/134/website_images/860f33e7ebdf.jpg
http://www.esa.int/…/19316497-1-eng-GB/Exomas_lander_platform.jpg
https://lara.oma.be/images/LaRa2.png
http://www.esa.int/…/Removing_of_thermal_sensors.jpg
http://www.esa.int/…/LaRa_team_beside_thermal_vacuum_chamber.jpg