Minulou sobotu jsme završili třídílnou minisérii věnující se podrobně konstrukci, systémům a vědeckým přístrojům evropské vědecké družice Mercury Planetary Orbiter (MPO), která je hlavní částí mise BepiColombo. Dnes tedy přichází čas, abychom se podívali na jejího menšího japonského sourozence Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO), kterému se také přezdívá Mio. Jedenáctý díl našeho seriálu Návrat k poslovi bohů, který zároveň řadíme i do seriálu Pohled pod kůži, ve kterém podrobně rozebíráme konstrukce vědeckých sond, se tedy bude zabývat konstrukcí a základními systémy MMO, za jehož návrhem, výrobou a provozem stojí Japonská kosmická agentura (JAXA).

Konstrukce družice Mercury Magnetospheric Orbiter

Jméno Mio bylo pro družici MMO vybráno teprve 8. června 2018, tedy necelých 5 měsíců před startem. Mio v japonštině znamená říční cesta, což má symbolizovat úspěchy a milníky, kterých už Mio na své cestě dosáhla a zároveň přání šťastné cesty k Merkuru. V tradiční japonské poezii bylo výrazu mio-tsukushi využíváno pro vyjádření tvrdé nikdy nekončící práce. V neposlední řadě má mio symbolizovat proud slunečního větru a jeho interakci s magnetickým polem Merkuru, které bude hlavním objektem vědeckého bádání MMO. Jméno Mio bylo vybráno z celkem 6 494 návrhů zaslaných japonskou veřejností. Hned 19 z nich navrhovalo jméno Mio a 3 Mio-Tsukushi.

Konfigurace družice MMO a jejích hlavních součástí.
Zdroj: https://www.cosmos.esa.int/

Za návrhem a konstrukcí družice Mercury Magnetospheric Orbiter stojí Institut vesmírných a astronautických věd (ISAS – Institute of Space and Astronautical Science), který je součástí JAXA. MMO je družice osmiúhelníkového půdorysu o maximálním průměru 1,8 metru a výšce hlavního tělesa 0,9 metru. Plášť všech osmi obvodových panelů je pokryt solárními články a optickými solárními reflektory (OSR) v přibližně stejném poměru. MMO si u Merkuru za pomocí solárních článků dokáže vyrobit přibližně 350 W elektrické energie. Solární reflektory OSR pak poslouží k minimalizaci absorpce tepla ze Slunce i z povrchu Merkuru. Interiér družice je rozdělen na dvě patra, která jsou od sebe vzdálená 40 cm a ve kterých jsou umístěny veškeré systémy a vědecké přístroje. Středem celého tělesa vede centrální tubus, který je ve spodní části zakončen kruhovým separačním mechanismem, kterým je připojen ke zbytku sestavy BepiColombo skrze sluneční štít MOSIF. Druhý konec tubusu je zakončen montáží vysokoziskové antény. Celková hmotnost MMO v okamžiku startu byla 275 kg, z čehož přibližně 45 kg tvoří vědecké přístroje.

Jedná se o rotací stabilizovanou družici s rychlostí rotace 15 otáček za minutu, což znamená jednu otočku za 4 sekundy. Rotační osa bude téměř kolmá k Merkurovu rovníku. Výběr této konkrétní orientace rotační osy zajišťuje, že obě podstavy družice, na kterých se nacházejí radiátory pro vyzařování nadbytečného tepla, nikdy nebudou čelit zničujícímu slunečnímu záření. Zároveň umožňuje neustálé zaměření vysokoziskové antény k Zemi, přestože má zaměřovací mechanismus antény pouze jeden stupeň volnosti. Odstředivá síla vznikající díky neustále rotaci družice zajistí roztažení čtyř patnáctimetrových drátových antén pro měření elektrického pole a radiových vln. Dále bude družice vybavena dvěma pětimetrovými rameny, která poskytnou dostatečný odstup magnetometru a jeho nerušená měření.

Jak víme, během startu i dlouhé sedmileté cesty k Merkuru je MMO pevnou součástí sestavy BepiColombo. Po celou tuto dobu bude MMO neaktivní. Výjimkou je právě probíhající fáze NEAP (Near Earth Commissioning Phase), během které BepiColombo přechází do plného operačního provozu, a během které jsou postupně zapínány a kontrolovány všechny vědecké přístroje. Kromě jiného v této fázi také dochází k odjištění zámků, které zajišťovaly MMO během startu. Fáze NEAP by měla končit koncem letošního roku. Od příštího roku až po přílet k Merkuru v roce 2025 tedy bude MMO neaktivní a bude se Zemi hlásit skrze MPO a její středněziskovou anténu pouze při pravidelných kontrolách.

K tomuto účelu poslouží rozhraní zajišťující elektrické a datové spojení MMO s MPO. Toto rozhraní je spolu se separačním mechanismem součástí slunečního štítu MOSIF, v jehož stínu se MMO bude schovávat po celou dobu přeletu k Merkuru. Jak již bylo popsáno výše, MMO bude svou teplotu regulovat rotací a vysoce odrazivým povrchem svého těla. Sestava BepiColombo ale během přeletu nerotuje a proto musí být družice MMO při sedmileté cestě chráněna štítem, o jehož výrobu se postarala Evropská kosmická agentura. MMO tedy bude plně spoléhat na řízení a komunikační systém MPO, která bude celé sestavě „velet“. Přeletový modul Mercury Transfer Module (MTM) se pak postará o pohon a o dodávku elektrické energie pro obě vědecké družice. Krátce před příletem k Merkuru se MTM od zbytku sestavy odpojí a pohon, řízení i dodávku elektrické energie už bude zajišťovat pouze MPO. Následovat bude vstup na oběžnou dráhu planety a postupná úprava oběžné dráhy, dokud nebude dosaženo plánovaných parametrů. Jakmile dojde k oddělení MMO, nad družicí převezme kontrolu JAXA a družice se vydají každá svou vlastní cestou.

Družice MMO je vyzvedávána z transportního kontejneru, kterým byla v dubnu 2015 dopravena z Japonska do nizozemského ESTECu.
Zdroj: https://www.cosmos.esa.int/

Kromě toho, že bude MMO dopravena na svou operační oběžnou dráhu pomocí MPO, sluneční štít MOSIF se postará nejen o její oddělení, ale také o velice důležité uvedení do rotace, která byla popsána výše. Krátce poté dojde k vyklopení vysokoziskové antény o průměru 80 cm, která se začne otáčet proti směru rotace družice, čímž bude zajištěno její zaměření na stále stejné místo, v našem případě na Zemi. Tato anténa bude v pásmu X přímo komunikovat s velkou parabolickou anténou o průměru 64 metrů nacházející se v japonském Naganu, odkud bude signál přeposílán do řídícího střediska Sagamihara. Průměrná přenosová rychlost bude 16 kb/s. Záložní spojení poskytne střednězisková anténa nacházející se na dně družice, tedy na opačné straně než anténa hlavní. Po navázání komunikace se Zemí MMO začne roztahovat své čtyři patnáctimetrové drátové antény a dvě pětimetrová ramena.

Cílovou destinací MMO je vysoce eliptická polární oběžná dráha, která bude v nejnižším bodě 590 km nad povrchem a v nejvzdálenějším bodě pak 11 639 km. Pro lepší představu uveďme, že apoherm, tedy nejvzdálenější bod, bude od Merkuru vzdálen téměř tři planetární průměry. Oběžná doba MMO na této dráze bude 9 hodin a 20 minut. Orbitální rovina bude rovnoběžná s rovinou oběžné dráhy MPO, která však sestoupí níže na kruhovou dráhu s periodou oběhu 2 hodiny a 20 minut. Orientace družice v prostoru bude určována za pomocí dvou slunečních senzorů nacházejících se na bočních panelech a jednoho hvězdného čidla umístěného na dně tělesa. Případné nutnosti úpravy orientace MMO zajistí trysky na stlačený plyn.

Na palubě MMO se nachází pět vědeckých přístrojů, které se zaměří zejména na studium elektrických a magnetických polí, plazmatu, meziplanetárních vysokoenergetických i prachových částic a exosféru Merkuru. Podrobnější rozbor této pětice vám v našem seriálu Návrat k poslovi bohů nabídneme zase za týden.

zdroje informací:
http://www.stp.isas.jaxa.jp/mercury/p_mmo.html
http://www.esa.int/ESA
http://sci.esa.int/home/
https://www.cosmos.esa.int/
http://global.jaxa.jp/press/2018/06/20180608_mmo.html

zdroje obrázků:
https://www.cosmos.esa.int/
https://www.cosmos.esa.int/
http://sci.esa.int/