Evropská mise Euclid dospěla na své cestě vstříc startu k dalšímu milníku. Její dva vědecké přístroje jsou již sestavené a otestované. Nyní byly doručeny do areálu firmy Airbus Defence and Space ve francouzském Toulouse, kde dojde k jejich integraci do samotného teleskopu, čímž vznikne kompletní modul užitečného nákladu. Euclid bude disponovat teleskopem o průměru 1,2 metru, který je navržen tak, aby pracoval ve viditelné i infračervené části spektra. Jeho úkolem bude sbírat světlo ze vzdálených kosmických objektů a posílat jej do dvou palubních přístrojů.

Model modulu pro užitečný náklad mise Euclid určený ke strukturálním a termálním zkouškám. Přístroj VIS je pokryt černou tepelnou izolační vrstvou, přístroj NISP pokrývá zlatá izolace.
Zdroj: https://sci.esa.int/

Přístroje VIS (Visible instrument) a NISP (Near Infrared Spectrometer and Photometer) budou aktivní souběžně. Simultánně mají sbírat data o části oblohy, do které bude teleskop hledět. Euclid má za úkol změřit tvary více než miliardy galaxií a přesně určit tzv. rudý posuv desítek milionů galaxií v oblasti, která odpovídá zhruba třetině oblohy. Rudý posuv je efekt způsobený rozpínáním vesmíru. Natahuje vlnovou délku světla, které vyzařují vzdálené galaxie – čím jsou vzdálenější, tím je efekt výraznější. Galaxie, na které se Euclid zaměří, pokrývají deset miliard let kosmické historie a umožní vědcům prozkoumat tajemnou temnou hmotu a temnou energii, které podle aktuálních teorií dominují našemu vesmíru.

Přístroj VIS bude přesně měřit tvary galaxií – doručí nám jejich snímky v nejvyšší dostupné kvalitě. Aby toho dosáhl, využije pole tvořené 36 CCD čipy. Každý z nich přitom disponuje rozlišením 4 000 × 4 000 obrazových bodů. Celkové rozlišení snímače tedy bude zhruba 600 megapixelů. „Návrh, vývoj, výroba, zkoušky a kalibrace přístroje VIS trvaly přes deset let, protože přísné požadavky představovaly velkou výzvu,“ říká Mark Cropper, vedoucí pracovník přístroje VIS a profesor na UCL Mullard Space Science Laboratory ve Velké Británii.

Letový model přístroje VIS při kontrole během vibračních testů v Centre Spatial de Liège – listopad 2019.
Zdroj: https://sci.esa.int/

„Jsme ohromně hrdí na úspěchy, kterých tým kolem VIS dosáhl, aby dotáhl celý projekt ke svému vrcholu. Konečné parametry předčily naše očekávání – je to výsledek zkušností, oddanosti a profesionality,“ doplnil Crooper. Počet pixelů uvedený výše, je určitě působivý, ale není jediným úžasným parametrem tohoto přístroje. VIS se může chlubit i nejlepší citlivostí na slabé světlo v širokém spektru vlnových délek. „Jedná se o speciální CCD, které byly několik let vyvíjeny přímo na míru projektu Euclid,“ doplňuje Alex Short, manažer přístroje VIS.

Druhý přístroj (tedy NISP) má provádět spektrální měření galaxií – toho dosáhne rozdělením světla z nich na jednotlivé vlnové délky. Tento postup následně umožní odvodit úroveň rudého posuvu. Z toho pak kosmologové určí vzdálenost konkrétní galaxie – tím se z dat mise Euclid stane největší a nejpřesnější 3D průzkum okolního vesmíru, jaký kdy proběhl.

Plně sestavený letový exemplář přístroje NISP pro misi Euclid vyfocený v Laboratoire d’Astrophysique de Marseille před zabalením do vícevrstvé izolace.
Zdroj: https://sci.esa.int/

„Mezinárodní tým přístroje NISP i podpůrné firmy odvedly při návrhu, vývoji a zkouškách tohoto přístroje úžasnou práci, která byla technologickou výzvou,“ uvedl Thierry Maciaszek, projektový manažer přístroje NISP z agentury CNES a Laboratoire d’Astrophysique de Marseille a doplnil: „Tím ale náš příběh nekončí. Kolem NISP se musí udělat ještě hodně práce na úrovni celého teleskopu. Netrpělivě čekáme na první snímky, které prokáží celkový skvělý výkon.“

Zkouška otočného držáku filtrů přístroje NISP. Díky tomuto systému si vědci budou moci vybrat, které vlnové délky infračerveného světla bude přístroj analyzovat.
Zdroj: https://sci.esa.int/

NISP se může pochlubit největším zorným polem, jaké měl nějaký do kosmu vynesený infračervený přístroj. „Kvalita optiky je úžasná,“ rozplývá se Tobias Boenke, inženýr z ESA zodpovědný za systémy mise a přístroj NISP. Klíčovým faktorem pro dosažení mimořádné optické přesnosti teleskopu Euclid bylo rozhodnutí přijaté v časné vývojové fázi celého projektu. Tehdy bylo rozhodnuto, že celý modul pro užitečný náklad vznikne z karbidu křemíku. ESA se s použitím tohoto materiálu poprvé seznámila při stavbě kosmického teleskopu Herschel. Na misi Gaia byly podpůrné struktury pro subsystémy sondy připevněny k rámu z karbidu křemíku. U mise Euclid byl tento materiál použit jak pro samotné přístroje, tak i pro tělo teleskopu.

Zatímco kovy reagují na změnu teploty roztahováním a smršťováním, což zhoršuje schopnost optického systému přesně zaostřit přicházející světlo, karbid křemíku je i při kolísání teplot extrémně stabilní. Vypadá tedy jako ideální materiál, ale každá mince má dvě strany a jeho použití s sebou přináší technologické výzvy. Karbid křemíku je mnohem křehčí než kov. „Bylo těžké dosáhnout schopnosti vyrábět přístroje z tohoto materiálu a mít jistotu, že zůstanou při startu nepoškozené,“ dodává Boenke.

Přístroj NISP s usazenými detektory.
Zdroj: http://sci.esa.int/

Stejně jako VIS používá také NISP speciálně navržené detektory, které představují současnou technologickou špičku. Jejich úkolem bude zaznamenávat slaboučké světlo přicházející od dalekých hvězd a galaxií. Na rozdíl od VIS však NISP může fungovat i ve spektrografickém režimu. Detektory provozované při teplotě -180 °C poskytnou ultranízkou úroveň šumu při vysoké citlivosti. Budou tedy schopny poskytnout analýzu spekter a převést je do slabých elektronických signálů. Tyto signály budou následně zesíleny a přesně změřeny, aby mohli vědci analyzovat fotometrické a spektroskopické rudé posuvy.

Cesta světla v teleskopu Euclid
Zdroj: https://www.researchgate.net

Oběma přístrojům dodá světelné paprsky samotný teleskop sondy Euclid, který již byl sestaven odborníky z Airbusu v Toulouse. Stejně jako přístroje samotné, je i tento díl vyroben z karbidu křemíku a představuje taktéž technologickou špičku. „Posouváme všechny výrobní procesy na nové limity,“ říká Luis Miguel Gaspar Venancio, inženýr optických systémů z ESA.

Za teleskopem se nachází speciální díl, takzvané dichroické sklo. Jeho úkolem je rozdělit přicházející světlo podle jeho vlnové délky – paprsky s vlnovou délkou viditelného světla pak zamíří do přístroje VIS, vlnové délky odpovídající infračervenému záření pošle do přístroje NISP. Když pak vědci spojí nasbírané informace z obou přístrojů, budou moci určit, jak v průběhu kosické historie vznikaly galaktické struktury obřích rozměrů. Díky tomu budou schopni určit rychlost, jakou tyto struktury rostou, což jim poskytne cenné údaje o podstatě a množství temné hmoty a energie v kosmickém prostoru.

Vnitřní konstrukce přístroje NISP
Zdroj: https://www.euclid-ec.org

Přístroje byly na přesun do výrobního areálu Airbusu připravovány prakticky na dobu prakticky těsně před zavedením omezení kvůli COVID-19 v různých členských státech ESA. V době zavedení omezení už na místě naštěstí byl VIS a u NISP se muselo čekat jen pár týdnů než proběhl přesun z Marseille do Toulouse, ale to nevadilo ,protože tento přístroj měl velkou časovou rezervu. „Jsem nesmírně vděčný všem účastníkům projektu: vědeckým ústavům, průmyslovým partnerům a kolegům v ESA za jejich odhodlání a nasazení v těchto těžkých dobách,“ říká Giuseppe Racca, projektový manažer mise Euclid z ESA a dodává: „Pandemie nás zasáhla ve zvláště kritické fázi, kdy měly být přístroje VIS a NISP předány k integraci. Navzdory pracovním a cestovním omezením jsme díky společnému úsilí všech stran dokázali minimalizovat zpoždění. Prováděli jsme distribuované a sekvenční integrační činnosti přístrojů a vsadili jsme na vzdálený dohled.“

Konstrukce přístroje NISP není vůbec jednoduchá.
Zdroj: https://euclid.cnes.fr/

Nyní jsou tedy již oba přístroje v čisté místnosti firmy Airbus, kde dojde k jejich integraci do teleskopu a později se tato sestava spojí se zbytkem modulu pro užitečný náklad. K tomuto okamžiku vedla dlouhá cesta – Euclid byl k realizaci vybrán v roce 2011, přičemž už v té době měl za sebou téměř pět let studií. Na odborníky čeká ještě hodně práce kolem integrace a následně testů, ale doručení obou přístrojů i teleskopu znamená, že celá sonda může začít vznikat. „Konečně máme před očima nějaké díly,“ říká Luis Miguel Gaspar Venancio a dodává: „Už to není jen papír. Je to fantastický kus hardwaru, který je i krásný.“

Integrace modulu užitečného nákladu bude trvat několik měsíců, protože jde o náročný proces, při kterém bude vše důkladně sešroubováno, přesně srovnáno a elektronicky propojeno. Řídící jednotky přístrojů již byly mechanicky i elektricky integrovány do modulu užitečného nákladu. Jejich testy prokázaly, že přístroje mohou být správně napájeny ze zdrojů sondy, ale i to, že se přístroje „domluví“ s palubními počítači a mohou do nich odesílat naměřené údaje, které pak budou odeslány na Zemi pomocí palubních antén.

Podpůrná konstrukce sekundárního zrcadla teleskopu Euclid během příprav na závěrečnou integraci a optické seřízení v areálu firmy Airbus v Toulouse.
Zdroj: https://sci.esa.int/

Jakmile bude teleskopová sestava integrována se zbytkem modulu užitečného nákladu, bude celý modul odeslán do Belgického Lutychu, konkrétně do Centre Spatial de Liège, kde podstoupí komplexní zkoušky v tepelně-vakuové komoře, která napodobuje podmínky kosmického prostoru jak to jen na Zemi jde. Tyto testy jsou momentálně naplánovány na únor a březen roku 2021. Jakmile tyto testy prokáží, že všechno pracuje podle očekávání, bude celý modul s užitečným nákladem přesunut do italského Turína, kde sídlí hlavní kontraktor projektu – Thales Alenia Space. Tady již vzniká servisní modul, který obsahuje několik důležitých systémů včetně energetického, pohonného a komunikačního.

Letový exemplář servisního modulu vzniká v Turíně v čisté místnosti firmy Thales Alenia Space.
Zdroj: https://sci.esa.int/

Hlavní konstrukce servisního modulu mise Euclid prošla strukturálními a tepelnými zkouškami – je tedy připravena na integraci různých systémů do svých útrob. Thales Alenia Space začne instalací potrubí pro pohonný systém a elektrických rozvodů pro všechny systémy. Letová elektronika včetně počítačů, energetických jednotek, nebo zařízení pro řízení orientace, jsou již připojeny ke svým strukturálním panelům a ty se nyní začnou připojovat k hlavní kostře. Tato integrace by měla být dokončena ve třetím čtvrtletí tohoto roku a poté začnou zkoušky celé sestavy.

Až testy skončí a až do Turína přijede modul s užitečným nákladem, přijde na řadu spojení obou částí – servisního modulu a modulu s užitečným nákladem, které vytvoří konečnou letovou sestavu. Následovat bude další kolo zkoušek, které prověří, že všechny systémy pracují i v kompletní konfiguraci. Po těchto testech teprve bude Euclid připraven na start. S vynesením raketou Sojuz z kosmodromu CSG ve Francouzské Guyaně se momentálně počítá v červnu roku 2022. Sonda vážící 2160 kilogramů má fungovat minimálně 6 let v libračním centru L2 soustavy Slunce – Země.

Přeloženo z:
https://sci.esa.int/

Zdroje obrázků:
http://sci.esa.int/science-e-media/img/bf/Euclid_spacecraft_illustration_1.jpg
https://sci.esa.int/…/2ba5cdd0-649f-e066-6fd4-d324b962137f?version=1.0&t=1594290125500
https://sci.esa.int/…/3ec6b941-eabd-12b4-4282-2958df9b7356?version=1.0&t=1594219108651
https://sci.esa.int/…/dcebe7ee-7a2d-fb4f-cfe6-8e0da7596d61?version=1.0&t=1594290184582
https://sci.esa.int/…/a4c66636-8a4e-bbb6-83dd-2114f9a0c320?version=1.0&t=1594220116066
http://sci.esa.int/science-e-media/img/24/Euclid_NISP_with_integrated_detectors_20190514.jpg
https://www.researchgate.net/…tracing-showing-the-light-beams-for-the-VIS-NISP-and-FGS.png
https://www.euclid-ec.org/Images/Euclid-NISPimage-29DEC2016-MellierI1.png
https://euclid.cnes.fr/…/bpc_euclid-eclate-partie-froide-nisp.png?itok=i8oejUxg
https://sci.esa.int/…/d767cf0c-10c3-97db-b949-f47b6637fe12?version=1.0&t=1594220521550
https://sci.esa.int/…/5d99fff5-21fe-33f6-7d6d-a45e5afdf678?version=1.0&t=1594222589478