Kosmiczna misja Proba-3: satelity będą utrzymywać pozycję z dokładnością 1,5 mm względem siebie i przeprowadzą unikatowe obserwacje korony Słońca

Dr hab. Piotr Orleański, prof. Centrum Badań Kosmicznych PAN, pełni funkcję kierownika Laboratorium Satelitarnych Aplikacji Układów FPGA i zastępcy dyrektora ds. rozwoju technologii CBK. Jest członkiem Rady Polskiej Agencji Kosmicznej oraz Komitetu Badań Kosmicznych i Satelitarnych PAN. Wykłada na Politechnice Warszawskiej, WAT i w Studium Doktoranckim CBK. Jest ekspertem Komisji Europejskiej w programie Horizon 2020 Space. Jeden z głównych obszarów jego zainteresowań to rozwój polskiego przemysłowego sektora kosmicznego.

Polska Agencja Prasowa: Niedawno zakończyła się budowa dwóch satelitów, które w przyszłym roku, w ramach misji Proba-3, mają wypełnić szczególne zadanie. Będąc na orbicie w odległości 144 m jeden od drugiego mają utrzymywać dystans z dokładnością liczoną w milimetrach. Jakie są cele tych manewrów?

Dr hab. Piotr Orleański: Cele misji są dwa: technologiczny i naukowy.

Jeśli chodzi o technologię, sprawdzana będzie zdolność wyjątkowo precyzyjnego utrzymywania pozycji satelitów przez długi czas. Chcemy się przekonać, czy zastosowany zestaw czujników i układów napędowych spełni swoją rolę. Potrafimy już precyzyjnie manewrować pojedynczymi satelitami na orbicie, czy przez krótki czas utrzymywać kosmiczne pojazdy względem siebie w dokładnie ustalonej pozycji. W czasie tej misji dwa satelity – lecąc w odległości 144 m od siebie – mają w każdym okrążeniu utrzymywać wyznaczoną pozycję z dokładnością 1,5 mm względem siebie. Orbita ma kształt silnie eliptyczny i nie da się ustalić wspomnianej pozycji satelitów raz na całą misję. Trzeba ją będzie nieustannie korygować. Takie precyzyjne utrzymanie wzajemnych pozycji potrwa 12 godzin w czasie trwania każdej, około 20-to godzinnej orbity.

PAP: A na czym polega cel naukowy?

P.O.: Satelity będą leciały w układzie, który pozwoli badać koronę słoneczną. Rzecz w tym, że do takich obserwacji konieczne jest zasłonięcie tarczy Słońca, która jest o kilka rzędów wielkości jaśniejsza od korony i oślepia detektory. Na Ziemi wykorzystuje się zaćmienie słońca, jednak po pierwsze – trwa ono tylko kilka minut, a po drugie – obserwacje utrudnia atmosfera. Dużo lepiej jest prowadzić te badania w kosmosie. W trakcie naszej misji będziemy mogli obserwować tarczę słoneczną aż przez 12 godzin na każde okrążenie Ziemi, bez negatywnego wpływu atmosfery.

Niestety nie da się efektu zaćmienia uzyskać na jednym satelicie, ponieważ nie pozwalają na to zasady optyki. W misji Proba-3 jeden główny satelita będzie wyposażony w detektory do obserwacji korony słonecznej, a drugi – tzw. okulter, oddalony od satelity głównego, będzie przesłaniał tarczę słoneczną. Do takich obserwacji potrzebna jest niebywała precyzja.

PAP: Można więc liczyć na najdokładniejsze jak dotąd obserwacje korony Słońca?

P.O.: Nie tylko najdokładniejsze, ale wręcz unikatowe.

PAP: Wracając do technologii, testowanej w nowej misji: gdzie znajdzie zastosowanie?

P.O.: W każdej sytuacji, w której jeden obiekt manewruje w przestrzeni względem drugiego. Jako przykłady można podać choćby dokowania statku do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, przeprowadzoną kiedyś naprawę Teleskopu Hubble’a czy planowane już przechwytywanie kosmicznych śmieci. Wzajemne manewry pojazdów w przestrzeni będą tak naprawdę dotyczyły przyszłości całego sektora kosmicznego.

PAP: Jakimi sposobami będą realizowane tak precyzyjne manewry w misji Proba-3?

P.O.: Na satelicie głównym będzie pracowało aż osiem rodzajów czujników, a na okulterze – siedem. Użyte będą m.in. star trackery, czyli sensory śledzące położenie gwiazd, detektory położenia Słońca, żyroskopy, systemy GPS czy koła reakcyjne do ustalania pozycji kątowej, a także silniki rakietowe do sterowania pozycją satelitów w przestrzeni. Na typowym satelicie zwykle montuje się trzy – cztery różne systemy nawigacyjne. W misji Proba-3 mamy więc do czynienia z wielokrotnym zdublowaniem funkcji nawigacyjnych. To wszystko potrzebne jest dla wspomnianej, wyjątkowej precyzji.

PAP: W budowie satelitów uczestniczyli polscy specjaliści, w tym z CBK. Na czym polegał udział Polaków?

P.O.: Braliśmy udział głównie w budowie instrumentów naukowych, w szczególności koronografu – urządzenia służącego do obserwacji korony słonecznej. Przede wszystkim pracowaliśmy nad urządzeniem o nazwie Coronograph Control Box, czyli systemem, który zasila i steruje koronografem oraz odbiera gromadzone w nim dane i przekazuje je dalej. To w całości polski system. CBK odpowiadało głównie za jego integrację i opracowanie kilku jego elementów, w tym komputera pokładowego i systemu zasilania. Część elementów elektronicznych, w tym – służących do komunikacji, opracowała natomiast firma Creotech, a oprogramowanie niemal w całości powstało w firmie N7 Space. W Centrum Badań Kosmicznych opracowaliśmy także Wheel Filter Assembly, czyli system w postaci koła, który pozwala na ustawianie potrzebnego w danej chwili filtra na drodze światła do detektorów koronografu.

PAP: Co było najtrudniejsze?

P.O.: Powiedziałbym, że to był pierwszy tak poważny projekt. Na pokładzie sondy JUICE właśnie poleciał inny instrument współtworzony przez ekspertów z CBK – Radio & Plasma Wave Investigation (RPWI). W tamtym przypadku także pracowaliśmy nad systemem kontrolnym urządzenia, ale zakres prac w naszym ośrodku był trochę mniejszy. W przypadku naszego udziału w misji Proba-3 największym wyzwaniem było skoordynowanie prac kilku ośrodków. Jak dotąd CBK rzadko przyjmowało pozycję lidera w takich projektach, zdobyliśmy więc wyjątkowo cenne doświadczenie.

PAP: Zapewne ułatwi ono udział w kolejnych projektach ESAP.O.

P.O.: Oczywiście. Uczestniczymy obecnie w projekcie ARIEL, tu satelita będzie badał atmosfery pozasłonecznych planet. W budowie instrumentu Fine Guidance System, w którym CBK PAN jest liderem, współpracujemy m.in. z Jet Propulsion Laboratory, firmą OHB, Uniwersytetem Wiedeńskim, firmą DIAS z Irlandii, planujemy i w części już rozpoczęliśmy współpracę z kilkoma firmami w Polsce (PCO S.A., SOLARIS Optics S.A., SPACIVE, N7Space, Creotech Instr.). (PAP)

Marek Matacz