Novinky

TA ČR hostila workshop k výročí 100 dní české technologické nanodružice VZLUSAT-1 ve vesmíru

30. září 2017 to bylo přesně 100 dní první České technologické nanodružice VZLUSAT-1 ve vesmíru. Uvedení družice do provozu, takzvaný commissioning, bylo ukončeno 2. srpna 2017. Od té doby přešla družice do standardního provozu. Po 100 dnech fungování na orbitě se 6. října 2017 konal na půdě Technologické agentury ČR workshop, kde jednotliví aktéři zapojení do projektu shrnuli dosavadní fungování této nanodružice.

 Připomeňme si, že technologická nanodružice VZLUSAT-1 byla vyvinuta na bázi standardizované platformy CubeSat ve Výzkumném a zkušebním leteckém ústavu, a.s. (VZLÚ) ve spolupráci s českými firmami a univerzitami. Satelit nese na palubě tři experimenty. Miniaturizovaný rentgenový dalekohled vyvinutý společným úsilím firem Rigaku Innovative Technologies Europe, s.r.o., HVM PLASMA spol. s r.o. a Ústavu technické a experimentální fyziky Českého vysokého učení technického v Praze. Nový typ kompozitního materiálu pro stínění kosmické radiace vyvinula firma 5M s.r.o. společně s firmou TTS s.r.o. za využití čidel společnosti Innovative Sensor Technology, s.r.o. Vědecký přístroj FIPEX pro měření koncentrace kyslíku v termosféře byl poskytnut v rámci mezinárodní mise QB50, která je založena na konstelaci nanodružic z různých zemí celého světa. Pozemní segment pro misi VZLUSAT-1 poskytuje pracoviště FEL Západočeské univerzity v Plzni. 

Kromě vlastních zdrojů spolupracujících partnerů se na financování vývoje a vypuštění družice podílela Technologická agentura ČR v rámci programu Alfa (projekty TA03011329 a TA04011295), dále pak Ministerstvo průmyslu a obchodu prostřednictvím institucionální podpory VZLÚ. Jak na úvod workshopu zmínil předseda Technologické agentury ČR Petr Očko, projekt nanodružice je příkladem českého excelentního výzkumu, který má konkrétní výsledky aplikovatelné v praxi. Důkazem toho je mnoho průmyslových partnerů zapojených do projektu, kteří díky této nanodružici měli možnost vyvinout zcela nové technologie a otestovat je přímo na orbitální dráze.

Vzlusat 1VZLUSAT-1 v kosmu – ilustrativní (Zdroj: VZLÚ)

Aktuální stav družice a jejich systémů:
Platforma: Všechny systémy platformy družice byly oživeny hned po prvním sepnutí baterií, tedy 30 minut po oddělení od mateřské lodi. V dalším období byly změněny jen parametry radiové komunikace. Během prvního měsíce bojoval tým pozemní stanice s navázáním dostatečné komunikace a zajištění standardního operování. Z důvodu rušení vznikajícího od některých z dalších 30 družic, vypuštěných společně s VZLUSAT-1 prakticky na stejné orbitě, bylo dosahováno jen nízkých přenosových rychlostí – cca 20 kB za týden. Zásluhou týmu pozemní stanice na půdě FEL Západočeské univerzity v Plzni bylo dosaženo nynějších 1,5 MB přenesených dat za týden.

Družice v současnosti rotuje magnetosynchronně s magnetickým polem Země. Dále dochází ke kyvadlovému pohybu nanodružice v rozmezí ±20° okolo podélné osy družice, který se snažíme zmenšit pomocí aktivního řízení stabilizace a orientace na palubě družice (systém ADCS). Systém napájení baterií funguje výborně, tj. umožňuje provádět všechna plánovaná měření. K dobrému fungování napájení baterií přispěla také speciální povrchová úprava mechaniky výklopných systémů firmy HVM PLASMA spol. s r.o. Pravidelné restarty palubního počítače již nečinní problémy pro většinu požadavků operování družice, a to díky změně systému plánování a povelování družice s automatickým obnovováním všech spuštěných úloh. Toho bylo dosaženo robustností a univerzálností palubního software vyvinutého ve Výzkumném a zkušebním leteckém ústavu, a.s.

Z hlediska platformy největší problém dělá kosmická radiace, tzv. Single Event Effects (SEE). To jsou okamžiky, kdy je družice zasažena vysokoenergetickou radiací, která obvykle přichází z dalekého vesmíru. Radiace SEE způsobuje nečekané resety celého palubního systému a může zničit elektroniku družice. Nejpatrnější je vliv SEE na paměťové systémy palubního počítače VZLUSAT-1. V průměru se evidují 4 SEE události za měsíc. Ty zapříčinily, že po 100 dnech ve vesmíru je cca 30% paměti družice zablokovaných a nepoužitelných. V současné době řešíme oživení nefunkčních částí paměti, avšak některé změny způsobené SEE jsou již nevratné. Kosmická radiace v podobě jevů SEE bude pravděpodobně determinujícím faktorem pro celkovou délku života nanodružice VZLUSAT-1 ve vesmíru.

Rentgenový dalekohled: Od ukončení commissioningu se podařilo stáhnout první desítku MB dat snímků. Systém miniaturizovaného rentgenového dalekohledu funguje výborně. Rozmanité možnosti povelování systému umožňují provádět a kombinovat různá měření. Jediným omezením je tak přenosová rychlost stahování snímků na Zemi. Zlepšením datové komunikace v posledních týdnech jsme schopni provádět jak snímkování Slunce, tak i dlouhodobá dozimetrická měření. Oproti počátečním měřením bez záznamů orientace družice jsou nyní již k dispozici všechna měření i s informací o rotaci družice. To přináší další rozměr pro vyhodnocení nejen dávky radiace, ale i o směrovosti jednotlivých událostí. V kombinaci se zpracováním obrazu z detektoru Timepix, který do projektu poskytl Ústav technické a experimentální fyziky (UTEF) ČVUT, se tak jedná o jedinečná měření.

Za zmínku jistě stojí i fakt, že VZLUSAT-1 byl schopen zaznamenat geomagnetickou bouři, která vznikla po sluneční erupci dne 6. září 2017. Získaná data ze dnů před geomagnetickou bouří a v jejím průběhu jsou nyní vyhodnocována.

Na dalekohledu nebyla doposud vyklopena rentgenová optika od firmy Rigaku Innovative Technologies Europe, s.r.o., a tak se dalekohled choval prozatím jako reflexní zaměřovač, tzv. kolimátor. Zachycené snímky budou použity pro ověření fokusačních schopností dalekohledu po vyklopení optiky, která je plánována v nejbližších dnech.

Kompozitní radiační štít: V průběhu prvních 100 dní byla provedena série měření účinnosti radiačního štítu, který je aplikován na jedné pevné stěně družice.
Kvalita radiačního stínění je měřena pomocí rtg. Si PIN diod (křemíkové rentgenové diody) od společnosti Rigaku Innovative Technologies Europe, s.r.o. Rozdíly v počtu detekovaných událostí na diodě otevřené do vesmíru a stíněných diodách udávají efektivitu či kvalitu stínění. Měření je navíc prováděno pro různé energie od 5keV do 60 keV. Z prvních dat je patrné, že nově vyvinutý kompozitní radiační štít firmy 5M s.r.o. a TTS s.r.o. má dobré stínicí vlastnosti, což běžně používané kosmické kompozity nemají. Vlastnosti jsou silně závislé pro různé energie, což bylo očekáváno. Nicméně efektivita stínění nad 50% pro nízké energie je překvapením.

Vzlusat 1 mapaRadiační mapa Země ve výšce 500 km měřená nanodružicí VZLUSAT-1 mezi dny 18. - 19. 9. 2017 (Zdroj: VZLÚ)

Health monitoring kompozitů: Kompozity vyvinuté firmou 5M s.r.o. byly použity nejen na dodaném radiačním štítu, ale také na solárních panelech. Kvalita dodaných kompozitů je sledována nedestruktivním měřením jejich mechanických vlastností, které probíhá pravidelně od počátku mise na jednom z vyklopených panelů. Cílem je měření dlouhodobých změn mechanických vlastností nově vyvinutých kompozitů vystavených vesmírnému prostředí. Konkrétní výsledky budou dostupné až po více měsících. Dosavadní měření vykazují teplotní závislost, která byla očekávána díky preciznímu laboratornímu měření při vývoji systému Health Monitoring. Za prvních 100 dní v kosmu nedošlo k významným změnám mechanických vlastností kompozitů, což je pozitivní zjištění.

V rámci odplynění družice (tzv. outgassingu) byly poprvé použity vlhkostní senzory pro detekci plynění ve vesmírném vakuu. Při outgassingu dochází k pozvolnému uvolňování plynů, které jsou rozpuštěny, zachyceny nebo absorbovány v nějakém materiálu satelitu. Součásti satelitů po vypuštění do vesmíru mírně plynní vždy. Avšak přílišné plynění a opětovná kondenzace uvolněného materiálu na chlazených částech citlivých přístrojů však může způsobit velké problémy při vesmírných misích. Na VZLUSAT-1 byly použity senzory HAL2 od společnosti TTS, s.r.o. pro detekci stopové vlhkosti, které byly doplněny senzory HYT 271 a HYT 939 pro detekci relativní vlhkosti od společnosti Innovative Sensor Technology, s.r.o. Bylo detekováno velmi malé přirozené plynění nanodružice a klesající signál svědčí o jeho pozvolném snižování. V rámci outgassingu tak nedošlo doposud k žádné poruše nanodružice.

Vědecká část mise QB50 přístrojem FIPEX: Doposud se nepodařilo dosáhnout plného fungování vědeckého přístroje FIPEX. Hlavním důvodem je nestandardní chování přístroje FIPEX, který byl dodán konsorciem mise QB50. Toto chování trápí i další družice, které mají stejný přístroj FIPEX na palubě. Z pozemních testů, které dodatečně provedl dodavatel přístroje, bylo zjištěno, že přístroj vykazuje nestandardní chování při palubním napájení těsně nad nominální hodnotou napětí 3.3V. Při dobře nabitých bateriích, což byl doposud náš interní požadavek, tak není možné přístroj plně provozovat. V budoucnu se tak budeme pokoušet o zapnutí přístroje pomocí speciálních postupů operování družice.
V současnosti se na sběru a postupném vyhodnocování dat podílí jednak tým VZLUSAT-1, dále i studenti a odborníci z ČVUT FEL, ÚTEF a ZČU FEL. Tým nanodružice VZLUSAT-1 se snaží uveřejňovat zásadní pokroky v aktualitách na webu www.vzlusat1.cz. V sekci „Pozemní segment“ najdete i online data přenesená z posledních přeletů jakož i aktuální pozici družice a další informace.