Z Evropy ke Slunci: Simulace mikrogravitace

Prakticky na většině družic najdeme nějaké pohyblivé díly, které se v průběhu mise postarají o rozložení nějaké konstrukce. Ani evropská sonda Solar Orbiter není v tomto směru žádnou výjimkou. I na ní najdeme vyklápěcí konstrukce, na jejichž správném fungování stojí úspěch celé mise. Na začátku letošního roku se inženýrům podařilo nasbírat velké množství dat ze zkoušek těchto rozkládacích systémů. Některé z nich se týkají antén, ramene s přístroji nebo fotovoltaických panelů. Na začátku července jsme se zkouškám panelů již věnovali v samostatném článku, ale v rámci našeho seriálu Z Evropy ke Slunci se k těmto testům vrátíme a podíváme se na ně trochu podrobněji.

Po dokončení vibračních (viz předchozí díl našeho seriálu) a akustických zkoušek, které sonda podstoupila v německém Ottobrunnu v hale firmy IABG, mohly v březnu začít zkoušky funkčního ověřování výklopných konstrukcí. Nejprve se testovala střednězisková anténa MGA následovaná vysokoziskovou anténou HGA. Pak přišla řada i na rameno se senzory a dva fotovoltaické panely.

Anténa HGA pro sondu Solar Orbiter.

Anténa HGA pro sondu Solar Orbiter.
Zdroj: http://www.aerospace.sener

Anténami tedy začneme i my – na sondě se nachází dvě pohyblivé antény. Jedna je vysokozisková, ale má úzký svazek, druhá je střednězisková, ale nižší přenosovou kapacitu kompenzuje širším komunikačním svazkem. O vysokoziskové anténě tvaru talíře jsme podrobněji psali v prvním díle našeho seriálu a jejím úkolem je sloužit jako primární komunikační spojení družice s pozemními stanicemi v době, kdy mezi nimi bude největší vzdálenost. Jinými slovy má zajistit, že se cenné informace nasbírané v blízkosti Slunce bezpečně dostanou k vědcům na Zemi.

Zaměřovací mechanismus umožňuje rotaci HGA ve dvou osách – azimutální (ze strany na stranu) a elevační (nahoru a dolů). Tím bude zajištěno, že anténa bude na Zemi mířit i za situace, kdy bude osa sondy mířit ke Slunci. Během kampaně mechanických zkoušek byla HGA uvolněna ze své složené konfigurace s pomocí čtyř nízkorázových neexplozivních zařízení označovaných zkratkou NEA (non-explosive actuation device). Samotná konstrukce antény je z titanu a disponuje příslušnými výztuhami, ale od začátku je navrhována pro provoz ve vesmíru, kde nemusí bojovat s gravitací. Během zkoušky vyklápění tedy byla nezbytná konstrukce, která ji příslušným způsobem nadlehčovala. Drát vedl od vnější části paraboly k protizávaží, které zajistilo, že v místě, kde se HGA připojuje k tělu sondy, byla zátěž prakticky nulová.

Zkouška konstrukce antény HGA pro sondu Solr Orbiter v technologickém středisku ESA.

Zkouška konstrukce antény HGA pro sondu Solr Orbiter v technologickém středisku ESA.
Zdroj: http://sci.esa.int/

Jakmile byl nastaven kalibrační systém, mohla začít samotná zkouška rozkládání. Nejprve se aktivovaly čtyři NEA, po kterých následovaly další testy. Po každém úspěšném uvolnění, které zahájil řídící systém sondy, členové testovacího týmu potvrdili, že se podařilo zaznamenat data ze zhruba 200 míst na sondě, aby bylo možné zmapovat šíření vibrací z nárazu strukturou sondy. Nakonec se podařilo potvrdit, že změřené úrovně nárazů byly vždy menší, než na co bylo vybavení i s přístroji původně testováno.

Návrh antény MGA pro sondu Solar Orbiter.

Návrh antény MGA pro sondu Solar Orbiter.
Zdroj: http://www.revistanoticias.sener

Anténa MGA má tvar kužele a její testování probíhalo prakticky stejně jako u HGA – ani ona se neobešla bez odlehčovací konstrukce. Plné vyklopení v elevaci bylo zajištěno jediným prvkem NEA a opět se měřily úrovně nárazu. Během zkoušek došlo k plnému vyklopení zaměřovacího mechanismu této antény. během zkoušek vyklápění obou antén bylo nutné zajistit, aby si zachovaly stejnou výšku těžiště vůči zemi – proto byla sonda při zkouškách otočena na bok a anténa se vyklápěla rovnoběžně se zemí.

Po zkouškách vyklápění antén mohla přijít řada na rameno s vědeckými přístroji označované také jako I-Boom. Tvoří jej dvě části, každá s délkou dva metry a při startovní konfiguraci je rameno přiloženo k tělu sondy. V kosmu je pak rameno vyklopeno pomocí pružin a čtyři vědecké přístroje (Solar Wind Plasma Analyser (SWA), Magnetometer (MAG) a Radio and Plasma Waves (RPW)) míří směrem pryč od těla sondy. Tím bude zabráněno magnetickému a elektrostatickému rušení citlivých senzorů šumem z těla sondy.

Rozložení vědeckých přístrojů na sondě Solar Orbiter. Perfektně je vidět rozložené rameno I-Boom.

Rozložení vědeckých přístrojů na sondě Solar Orbiter. Perfektně je vidět rozložené rameno I-Boom.
Zdroj: http://sci.esa.int

I-Boom má dvě roviny vyklápění, takže není možné na Zemi otestovat současné vyklopení obou sekcí když bylo rameno připojeno k sondě. Zkoušky se proto zaměřily na izolované testy vyklápění jednotlivých sekcí zvlášť. Kromě již výše zmíněných měření nárazů se tady dával pozor i na to, aby při vyklápění nedošlo k nárazu do jakékoliv části sondy. I v tomto případě byla rovina vyklápění ramene vodorovná a odlehčovací systém minimalizoval zatížení závěsu. V rámci zkoušek se otestovalo vyklápění obou částí ramene, přičemž neustále byly spojené. Jednotlivé sekce držel pohromadě jeden ze tří mechanismů HDRM (hold-down-and-release mechanism), Další dva HDRM pak byly aktivovány, aby se kompozitní rameno vyklopilo během méně než minuty o více než 180°.

Dva trojdílné fotovoltaické panely jsou také při startu složené po stranách sondy a na místě je drží HDRM. Každý HDRM je v podstatě předepnuté kevlarové vlákno, které může být přeříznuto nahřátým nožem. Technika tepelného řezání není nic nového a u družic se používá zcela běžně. Samotné kevlarové vlákno se nachází v titanové komoře, aby umožnilo stabilní zajištění panelů při startu, kdy je zátěž největší. Fotovoltaické panely budou sondě dodávat energii a proto jde o jedny z nejdůležitějších částí. V případě sondy Solar Orbiter je každý panel jištěn šesti HDRM, přičemž každý ještě disponuje nízkorázovým zařízením.

Začátek vyklápění trojdílných fotovoltaických panelů sondy Solar Orbiter.

Začátek vyklápění trojdílných fotovoltaických panelů sondy Solar Orbiter.
Zdroj: http://sci.esa.int

Už při návrhu sondy se s těmito prvky počítalo, ale stále existuje nenulová pravděpodobnost poškození těchto citlivých konstrukcí nebo vědeckých přístrojů. Proto je potřeba všechno důkladně otestovat v praxi. Po aktivaci šestice HDRM se ukázalo, že panely bezpečně přečkají rozkládací proceduru i po vibracích, které zažijí při startu.

Asi nikoho nepřekvapí, že i zde byla nezbytná odlehčovací konstrukce – panely dosahují nějakých osm metrů od těla sondy a není možné, aby se na Zemi v rozloženém stavu nevylomily. Nejsou navrženy na to, aby v našem prostředí unesly vlastní váhu. Speciální konstrukce disponovala několika lany a kompenzačními pružinami. Ke každému dílu fotovoltaického panelu byla takto připojena dvě lana. Velká struktura, ke které byly připojeny, pak spočívala na vzduchových ložiscích, která zajistila pohyb bez jakéhokoliv tření.

Vzduchová ložiska umožňovala pohyb ve dvou směrech, které byly oba rovnoběžné se zemí. Tím bylo zajištěno, že díly fotovoltaických panelů nebudou při rozkládání jakkoliv omezovány. Za zmínku stojí, že tento hardware je nezbytný i pro nasazování a oddělování panelů, takže jej ještě čeká transport na kosmodrom v Kourou.

Vyklopený trojdílný fotovoltaický panel sondy Solar Orbiter.

Vyklopený trojdílný fotovoltaický panel sondy Solar Orbiter.
Zdroj: http://sci.esa.int

Solární panely zůstaly připojené k tělu sondy pomocí vlastního pohonného mechanismu. Ten se bude v kosmu starat o orientaci panelů směrem ke Slunci, aby byly zajištěny optimální dodávky elektrické energie s přihlédnutím k udržení teploty v předepsaných mezích. Jednou z technologických výzev je nutné zajištění orientace přístrojů na střed Slunce, s vysokou mírou přesnosti (méně než jedna desetina stupně), přičemž se vyrovnávají limity získávání energie a teploty fotovoltaických panelů.

Celkově sonda během zkoušek přečkala 19 různých nárazů způsobených vyklápěním panelů, I-Boom a obou antén. Každý náraz ovlivňoval jinou oblast, skupiny přístrojů či palubních systémů. V polovině března byly zkoušky vyklápění dokončeny s jasným výsledkem – nepodařilo se objevit žádný problém spojený se zaseknutím pohyblivých dílů o izolaci nebo jiné struktury. Jelikož má sonda už za sebou environmentální zkoušky (viz druhý díl našeho seriálu), můžeme dokončení testů vyklápěcích konstrukcí považovat za potvrzení toho, že tyto pohyblivé díly jsou připraveny na start.

Přeloženo z:
http://sci.esa.int/

Zdroje obrázků:
http://sci.esa.int/science-e-media/img/10/Solar_Orbiter_array_deployment_test_20190321-f.jpg
http://www.aerospace.sener/…/sener-space-solar-orbiter-hga-antenna.jpg
http://www.revistanoticias.sener/uploads/images/espacio-05.jpg
http://sci.esa.int/science-e-media/img/48/Solar_Orbiter_payload_annotated.jpg
http://sci.esa.int/science-e-media/img/0d/Solar_Orbiter_array_deployment_test_20190321-c.jpg

Z Evropy ke Slunci: Simulace mikrogravitace, 5.0 out of 5 based on 10 ratings
Pin It
(Visited 1 243 times, 8 visits today)
Kontaktujte autora článku - hlášení chyb a nepřesností, rady, či připomínky

Hlášení chyb a nepřesnostíClose

VN:F [1.9.22_1171]
Rating: 5.0/5 (10 votes cast)
(Visited 1 243 times, 8 visits today)
Níže můžete zanechat svůj komentář.

Více se o tomto tématu dočtete zde »
(odkaz vede na příslušné vlákno diskuzního fóra www.kosmonautix.cz)


5 komentářů ke článku “Z Evropy ke Slunci: Simulace mikrogravitace”

  1. Vojta napsal:

    Pěkný článek. Je dobré číst popis částí sondy přímo v souvislosti s testy, kterými prochází.
    Jen bych měl otázku k těm kabelům: Jedná se o elektrické či optické kabely nebo jen podpůrnou konstrukci? Všechno je v angličtině “cable”, ale pokud jde o čistě o nosnou konstrukci, tak bych se přimluvil za překlad “lano”.

  2. Monika napsal:

    Dobrý den, děkuji za moc zajímavý článek. Můžete prosím vysvětlit tu techniku tepelného řezání? Děkuji Vám

    • Dušan Majer napsal:

      Hezký den, díky za pochvalu. podle všeho tato metoda pracuje na principu ohřátí struny (či jiného kovového řezáku) elektrickým proudem. Jakmile se takto rozpálený řezák dotkne onoho zádržného lanka, tak jej spíše přepálí než přeřízne.

Zanechte komentář