Zásobovací mise Cygnus OA-5 je již šestým operačním letem soukromé lodi Cygnus k Mezinárodní vesmírné stanici. Ke startu by mělo dojít v pondělí 17. října ve 2:03 našeho času. O tento let je mezi veřejností větší zájem než obvykle a není se co divit. Mise Cygnus OA-5 přichází po dvou přechodných startech, kdy lodě Cygnus vynášely rakety Atlas V. Nyní se ale do služby vrací upravená raketa Antares, která po havárii motorů AJ-26 (upravené sovětské NK-33) přešla na nové ruské motory RD-181 od společnosti Eněrgomaš. Dodatečnou výhodou je, že tyto motory jsou silnější, než jejich předchůdci, což společně s vylepšeným horním stupněm Castor CL znamená, že raketa získá vyšší nosnost.

Loď dopraví na ISS 2 342 kilogramů nákladu, přičemž 492 kg připadá na vědecké experimenty, 585 kilogramů zásob pro posádku včetně jídla, 1 023 kg tvoří náhradní díly a prostředky pro údržbu stanice, 56 kg váží počítačové vybavení, 42 kg jsou potřeby pro ruský sektor a dalších 5 kg tvoří ruská výpočetní technika. Kromě tohoto nákladu v útrobách obsahuje Cygnus i NanoRacks CubeSat Deployer, což je zařízení určené k vypouštění cubesatů při odletu od ISS.

Raketa Antares při vývozu na startovní rampu
Zdroj: https://scontent-vie1-1.xx.fbcdn.net

Mise OA-5 bude již druhým letem, při kterém proběhne na lodi odpojené od ISS testovací požár v rámci programu SAFFIRE. Tyto experimenty pomohou lépe pochopit šíření ohně ve stavu beztíže, přičemž provedení na nepilotované lodi, která již nemá žádné další využití je tou nejbezpečnější možností. Kosmické lodě Cygnus dostávají jména podle významných amerických astronautů a výjimkou není ani aktuální let. Loď nese označení SS Alan Poindexter, což odkazuje na astronauta, který letěl na několik misí a dokonce velel raketoplánu, který mířil k ISS. Ale nyní už vzhůru na představení vědeckého nákladu.

Vnitřní stavba experimentu SAFFIRE II
Zdroj: spaceflight101.com

SAFFIRE-II je druhým dějstvím experimentu Spacecraft Fire Experiment, při kterém bude po oddělení lodi od stanice zapáleno několik materiálových vzorků. Hoření bude důkladně monitorováno množstvím  senzorů, které odešlou naměřené údaje ještě předtím, než loď vstoupí do atmosféry. Zatím jen velmi málo experimentů zaměřilo svou pozornost na hoření ve stavu mikrogravitace, protože malé vzorky, které je bezpečné spalovat, nemohou poskytnout údaje, které by byly využitelné při prevenci požáru na kosmické lodi. A zapálit velké vzorky na ISS není z logických důvodů nejlepší nápad.

Inženýři proto při snaze eliminovat riziko požáru nemohli vycházet ze skutečných údajů ,ale pouze ze simulací a odhadů na základě chování ohně na Zemi. Právě za tímto účelem je celý experiment SAFFIRE prováděn, aby inženýři věděli, jak se na oběžné dráze oheň šíří, kolik vyzařuje tepla a kolik spotřebuje kyslíku. Informace z tohoto experimentu pomohou v příštích letech při výběru materiálů do nových kosmických lodí.

Vzorky materiálů
Zdroj: spaceflight101.com

Samotný experiment se skládá z vlastního experimentálního prostoru a technické sekce, ve které najdeme senzory a nezbytné elektronické součástky. O dostatečné proudění vzduchu v experimentální dutině se stará ventilátor vytvářející proud vzduchu. Celá jednotka má rozměry 53 × 90 × 133 centimetrů, přičemž vnitřní elektronika obsahuje kromě jiného dvě kamery, nebo řídící počítač, ale i USB rozbočovač. Hlavní počítač řídí především správnou funkci všech systémů a senzorů, ale zodpovídá i za příjem, zpracování a odesílání všech pokynů.

Stavba experimentu Saffire
Zdroj: http://www.nasa.gov/

Mezi senzory najdeme ty, které měří teplotu, ale i senzory sledující koncentrace kyslíku a oxidu uhličitého. Dodatečné údaje poskytnou i senzory tlaku atmosféry a anemometry měřící proudící vzduch. Průběh hoření budou kontrolovat i termočlánky různých délek zavěšené nad hořícími vzorky, další senzory se zaměří na šíření tepelného záření v prostoru. Již zmíněná dvojice kamer bude snímat průběh hoření a celou scénu osvětlí LED diody. Nepůjde ale o konstantní osvětlení – světlo se bude pravidelně rozsvěcet a zhasínat, aby bylo možné sledovat průběh v obou světelných podmínkách. Při experimentu SAFFIRE II se použije celkem 9 proužků s materiály o rozměrech 5 × 30 centimetrů.

Hořící kapky ve stavu mikrogravitace
Zdroj: spaceflight101.com

Cool Flames Experiment – Tento pokus si klade za cíl lépe prozkoumat ve stavu mikrogravitace plameny o nízkých teplotách. Experiment vznikl jako reakce na dřívější pokusy, které přinesly výsledky neodpovídající zatím známým modelům. Ty ale byly založeny na chování horkých plamenů. V roce 2012 se na ISS studovalo spalování uhlovodíku heptanu. Ukázalo se, že horký plamen se objevil před zmizením viditelného plamene, přičemž začala druhá fáze odpařování provázená chladným plamenem, který uvolňoval teplo. Bylo to vůbec poprvé, kdy vědci sledovali, jak chladné plameny spalují čisté palivo bez vzniku sazí.

Aby nedošlo k omylu – pojem studený, nebo chladný plamen může být matoucí, hovoříme o prostředí s teplotou okolo 600°C, což je ale pořád výrazně méně, než běžné plameny, které dosahují teploty přes 1000°C – dokonce i běžný plamen svíčky obsahuje ve své špičce místo s teplotou okolo 1400°C. Zajímavé bylo, že vědci tento dvojí způsob hoření objevili pouze u větších kuliček heptanu. Minimální průměr potřebný pro tento jev byl 2,4 milimetru. Další pokusy odhalily podobné chování i při použití jiných uhlovodíků, konkrétně n-oktanu a dekanu.

Hořící kapky ve stavu mikrogravitace
Zdroj: spaceflight101.com

Výzkum těchto plamenů může najít využití jak na zemi, tak i ve vesmíru. Pro kosmické lety bude potřeba existenci těchto plamenů zahrnout do systémů požární prevence, které budou muset správně reagovat na jejich přítomnost. Tyto plameny se totiž mohou šířit, aniž by byly vidět. Tím roste jejich nebezpečnost třeba při opětovném zapálení, pokud nastanou vhodné podmínky. Na Zemi zase tento výzkum pomůže při vývoji spalovacích motorů, konkrétně pak může pomoci omezit množství vypouštěných emisí – především oxidů dusíku.

Cool Flame Experiment má za úkol pochopit charakteristiky chování chladných plamenů při spalování různých alkanů. Tato data pomohou vyvinout nové výpočetní modely pro praktické využití. Dalším úkolem je prozkoumat charakteristiky chladných plamenů při použití čistých paliv, biopaliv a náhradních referenčních paliv. Třetím úkolem je studium chování horkého i chladného hoření aditiv za účelem objevení chemikálií, které mohou omezit fenomén hoření při nízkých teplotách.

Experiment proběhne ve staniční skříni Combustion Integrated Rack, která je pro hrátky s plameny doslova jako dělaná. Experimenty zde kvůli bezpečnosti a šetření cenným časem neobsluhují astronauti, ale jsou řízeny ze Země. Pokus počítá s hořením velkých kapek alkanů, které po zapálení zahoří horkým plamenem. Ty se pak uhasí vyzařováním tepla a zbytek dohoří chladnými plameny. Vědci už nyní chystají různé podmínky hoření – měnit se bude třeba atmosférický tlak – od 0,5 do 5 atmosfér. Kolísat při jednotlivých pokusech bude i koncentrace kyslíku – od 10 do 30%. O zapálení kapky vytvořené s pomocí jehly a pomocného vlákna se postarají dva hořáky, které mohou být zapáleny na jednu až pět sekund. Právě v tu chvíli se rozběhnou senzory,které budou monitorovat průběh hoření.

Combustion Integrated Rack – tady proběhnou experimenty s hořením
Zdroj: spaceflight101.com

Při tomto pokusu bude přístrojové vybavení doplněno o novou kameru, která disponuje infračervenými filtry pro lepší pochopení jinak neviditelné dynamiky těchto plamenů. Změnou projde i systém zpracování a ukládání dat, citlivější bude i radiometr měřící vyzařované teplo z hořícího vzorku.

Noční ISS
Zdroj: spaceflight101.com

Lighting Effects – zatímco první dva popsané experimenty byly zaměřené na neživé vzorky, tento pokus bude souviset s posádkou. Jeho cílem je prozkoumat vliv osvětlovacího systému, který bude naladěn podle specifických potřeb členů posádky v různých částech dne. Cílem je zlepšit posádkám zdraví, spánek a zefektivnit jejich fungování během dne. Množství studií ukázalo, že intenzita a spektrum světla, kterému jsou lidé vystaveni, má výrazný vliv na jejich fyziologii a důležité funkce jako je třeba spánek nebo pozornost.

Zachování běžného cirkadiánního rytmu při dlouhodobých pobytech ve vesmíru může být náročné. Stanice oběhne kolem Zeměkoule za jediný den šestnáctkrát. Do toho bývá režim pravidelného spaní narušen nočními službami – třeba při příletu zásobovacích lodí, což může ještě více vykolejit denní a noční cyklus členů posádky. To vše může ve výsledku ovlivnit kvalitu a délku jejich spánku, ale poklesne i obezřetnost, prodlouží se reakční doba a mohou klesnout kognitivní schopnosti, což může vést k nehodám způsobeným únavou.

Osvětlovací systémy na ISS jsou tvořeny těmito prvky
Zdroj: spaceflight101.com

Typický denní režim na ISS obnáší zhruba šest hodin spánku, přičemž většinou posádky používají hypnotika, případně kofein podle toho zda chtějí bojovat s nespavostí, nebo únavou během dne. Je jasné, že z dlouhodobého hlediska nejde o nic extra zdravého a naakumulovaná únava může snadno přinést chybu, což by na tak kritickém pracovišti, jakým ISS je, nemuselo být vhodné.

Aktuální experiment obnáší rozmístění nových světel založených na technologii LED, které umožňují úpravu intenzity i barvy vycházejícího světla. Díky tomu může být úroveň osvětlení vyladěna přesně podle potřeb posádky. Součástí experimentu je i Dynamic Lighting Schedule (DLS), který umožňuje naplánovat průběh osvětlení podle pracovních a odpočinkových fází dne. Hlavní výhodou této metody ovlivňování lidské psychiky je jeho naprostá bezpečnost ve srovnání s farmaceutiky. Pokud se tento systém osvědčí, mohl by najít uplatnění i na Zemi, kde by mohl pomoci lidem lépe se vyrovnat s plánem služeb, který někdy může být velmi náročný.

Tři světlená spěktra – úplně nahoře je spektrum současného světla na ISS, uprostřed je spektrum LED osvětlení s posílenou modrou složkou, dole je pak spektrum LED osvětlení v předspánkové fázi
Zdroj: spaceflight101.com

Dosavadní studie už potvrdily, že světlo umí být velkým pomocníkem při správě cirkadiánního rytmu a vyrovnávání jeho výkyvů. Krátké vlnové délky, projevující se modrým světlem, dokáží zabránit produkci hormonu melatoninu, který se vyplavuje v noci, takže toto světlo zvyšuje pozornost. Bílé světlo s posílenou modrou složkou spektra zlepší pracovní výkon a při dlouhodobém používání dokáže srovnat vzniklý posun vnímání času.

Pozemní týmy zatím naprogramovaly tři úrovně světelného nastavení – všeobecné se světlem o teplotě bílé barvy 4500 K, střední intenzitou 210 kandel je vhodné pro denní dobu na místech, kde je potřebné osvětlení pracovních ploch. Nastavení pro zvýšenou pozornost má vyšší svítivost – konkrétně 420 kandel. Posílena je modré složka, takže bílá barva má teplotu 6500K. Třetím nastavením je světlo předspánkové, tam je svítivost jen 90 kandel a modrá složka je výrazně oslabena, čímž teplota světla klesá na 2700 K.

K vyhodnocování výsledků pomohou i experimenty zaměřené na pozornost posádky, reakční čas a kognitivní schopnosti před v průběhu a po kosmické misi. Tato data budou porovnána s výsledky posádek, které na ISS pobývaly v době, kdy na ISS bylo jen tradiční osvětlení. Ke správnému vyhodnocení výsledků je potřeba studovat nejméně šest astronautů plus data z dřívějších misí, což jsou astronauti, kteří se během pobytu na stanici podrobili třeba pokusům Biochemical Profiles Investigation, nebo Reaction Self Test.

Na stanici by se nové osvětlení mělo testovat po dobu cca. 14 dní během mise pro každého astronauta zvlášť. Počítá se s tím, že astronaut, který zrovna bude tento systém využívat, dostane hodinky, které aktivují celý systém a pomohou sledovat jeho aktivitu. Součástí budou i odběry moči a minimálně tři kognitivní zkoušky denně.

Schema detektoru
Zdroj: spaceflight101.com

Fast Neutron Spectrometer – Kosmická radiace je jedním z faktorů, které nejvíce znepokojují plánovače budoucích pilotovaných misí. Pokud se lidé vydají mimo nízkou oběžnou dráhu a poletí třeba k Marsu, nebo asteroidům, budou delší dobu vystaveni větším dávkám radiace, než na ISS. Dřívější pokusy už prokázaly, že i na ISS je radiace dostatečně vysoká na to, aby se snížila obranyschopnost posádky, čímž se teoreticky může zvýšit riziko rakoviny. Dalším faktorem je možnost ohrožení elektroniky, kterou by mohla radiace poškodit. Ani tento vliv není možné podceňovat.

Přístroj FNS (Fast Neutron Spectrometer) používá novou metodu měření neutrálních částic o vysokých energiích, které se dříve nedaly měřit. Přitom se ale právě tyto vysokoenergetické neutrony významnou měrou podílí na celkových dávkách, kterým jsou lidé a technika ve vesmíru vystaveni. Neutrony se detekují jen obtížně, jelikož nenesou žádný elektrický náboj, takže systémem detektorů prochází doslova jako nůž máslem. Ovšem přístroj FNS používá nový typ vstupní brány, ale i záchytné techniky, které zpomalují neutrony a pak je zachytí. Podstatou systému jsou izotopy lithia, rozptýlené ve skelných vláknech.

Fast Neutron Spectrometer
Zdroj: spaceflight101.com

Po zachycení do tohoto lithiového skla neutrony vydají záblesk ve viditelném spektru, který je specifický pro konkrétní záchytný proces a může být zachycen běžnými detektory. Po kalibraci je možné přístroj použít k identifikaci neutrálních částic a pomoci tak k výpočtu celkové radiační zátěže neutronů. Primárním úkolem systému je demonstrovat spolehlivost a další schopnosti FNS. Výzvou bude, že na ISS nejsou pouze neutrony, radiační pozadí tvoří bohatý mix různých částic a záření – od kosmických paprsků, přes nabité částice od Slunce, zachycené radiačními pásy, až po neutrony ze Země.

Uplatnění detekční technologie výrazně přesahuje měření radiačního prostředí na pilotovaných kosmických lodích. Budoucí nepilotované sondy by mohly používat podobné detektory při studiu vysokoenergetických neutronů u nejrůznějších planet. Za účelem ověření bude FNS během šesti měsíců přemístěn z laboratorního modulu Destiny do uzlového modulu Unity  a nakonec do uzlu Harmony. Díky tomu bude vystaven různým úrovním stínění od stěn stanice.

EveryWear – Tento experiment je evropský a jeho úkolem je vyzkoušet uživatelsky přívětivou aplikaci do tabletů. Cílem je umožnit posádce snadnější sběr osobních dat o výživě, spánku, cvičení, nebo užívaných lécích. Právě tyto údaje musí členové posádky pravidelně zapisovat, jelikož jsou důležité pro vyhodnocování experimentů, ve kterých posádka hraje roli testovacích subjektů. Když budou tyto údaje sbírány na jednom místě a aplikace je pak přerozdělí k potřebným experimentům, bude se jednat o užitečný prostředek, který šetří čas.

Systém je kompatibilní s dalšími systémy, jako je třeba SmartShirt od ESA, který sbírá data o astronautech během jejich fyzického cvičení. Podobný systém funguje i pro monitorování kvality spánku. Systém navíc umožňuje další úsporu času tím, že obsahuje čtečku čárových kódů. Astronauti tak mohou snadno načíst čárový kód potraviny, na které si pochutnávají a systém už sám zpracuje všechny potřebné údaje. Astronauti tak nebudou muset manuálně vypisovat údaje o každém kousku jídla, který během dne zkonzumovali.

Cubesat Lemur2
Zdroj: spaceflight101.com/

Satelity Lemur-2 – Jedná se o 3U cubesaty, které postavila firma NanoSatisfi, nyní přejmenovaná na Spire Global. Jejím cílem je vytvořit malé, levné družice určené třeba ke snímkování Země, monitorování provozu na mořích, zajišťování komunikace, meteorologický výzkum, ale i vědecká měření. První satelit Lemur byl vypuštěn v roce 2014 a nesl několik technických demonstrátorů nejrůznějších systémů a dva systémy pro sledování Země, které pracovaly ve viditelném a infračerveném spektru.

Družice Lemur-2 obsahují dva různé přístroje. Prvním z nich je SENSE pro monitorování provozu lodí a STRATOS pro zkoumání atmosféry. SENSE využívá systému AIA, který jsme na našem webu již několikrát popisovali u různých družic. Princip je jednoduchý. Automatický identifikační systém na každé lodi vysílá na VHF frekvencích údaje o identifikaci, směru, rychlosti a dalších údajích, které se týkají konkrétního plavidla. Družice tyto údaje zachycuje, zpracovává a předává pozemním střediskům.

Příprava cubesatu Lemur2
Zdroj: spaceflight101.com/

Ta pak mohou lépe monitorovat provoz na lodních trasách, ale také předcházet srážkám. Systém navíc dokáže vyslat poplašný signál, pokud dojde k náhlé změně rychlosti plavidla. Tyto signály se mohou posílat jak mezi loděmi navzájem, ale i mezi lodí a pobřežními stanicemi. Když se ale systém AIA rozšířil na oběžnou dráhu, ohromně tím vzrostly jeho možnosti a pokrytá oblast.

STRATOS využívá měření signálu z GPS družic ve chvíli, kdy se z pohledu z družice schovávají za Zemi. Na základě těchto měření je možné určit teplotu, tlak i vlhkost v zemské atmosféře, přičemž tato data pak najdou uplatnění v meteorologických simulacích a předpovědích počasí. Přístroj se skládá z GPS přijímače, který je schopný sledovat několik družic na střední oběžné dráze, přičemž měří časové zpoždění signálu a také jeho ohyb v atmosféře. Měření fázového posunu vlivem refrakce v atmosféře může pokrýt různé výšky atmosféry- od té, ve které družice obíhá až po povrch. Systém tak může určit podmínky v atmosféře s velmi přesným vertikálním rozlišením.

Zdroje informací:
http://spaceflight101.com/
http://spaceflight101.com/

Zdroje obrázků:
https://scontent-vie1-1.xx.fbcdn.net/…10154450555485479_7790747289480724870_o.jpg
https://scontent-vie1-1.xx.fbcdn.net/…10154450555220479_2434630461641043657_o.jpg
http://spaceflight101.com/…/sites/75/2016/03/ExperimentConfig2.png
http://spaceflight101.com/…/sites/115/2016/10/saffire_components.jpg
http://spaceflight101.com/cygnus-oa5/wp-content/uploads/sites/115/2016/10/FLEX-22.jpg
http://spaceflight101.com/cygnus-oa5/wp-content/uploads/sites/115/2016/10/FLEX-23.jpg
http://spaceflight101.com/…/115/2016/10/612812main_iss030e013378_wp_946-710.jpg
http://spaceflight101.com/cygnus-oa5/wp-content/uploads/sites/115/2016/10/5klc14Y.jpg
http://spaceflight101.com/…/2016/10/lighting_effects_1_iss018e010657.jpg
http://spaceflight101.com/…/uploads/sites/115/2016/10/ISS-Light-Spectra.jpg
http://spaceflight101.com/cygnus-oa5/wp-content/uploads/sites/115/2016/10/ANS-ISS-full.jpg
http://spaceflight101.com/…/uploads/sites/115/2016/10/ANS-ISS-detecto.jpg
http://spaceflight101.com/…/2016/03/Lemur2-1-Joel-Getting-Placed-in-Deployer.jpg
http://spaceflight101.com/…/Lemur2-2-Shaina-Running-Tests-on-the-Qualification-Model.jpg